Brevet FR2787136A1 — publié le 20000616

L'invention concerne un dispositif de variation de la distribution d'un moteur thermique à soupapes commandées, Il est connu que le rendement d'un moteur thermique est optimum pour un régime de rotation. Ceci est dû, en particulier, à une loi de distribution qui régit I'ouverture des soupapes en course, en durée et en calage par rapport à la position du vilebrequin. Cette loi est déterminée par la géométrie des cames, des leviers, la liaison entre le vilebrequin et l'arbre à cames et les différents jeux possibles entres les différentes pièces composant la distribution. On connaît des constructions qui permettent de décaler la phase d'ouverture des soupapes, par exemple, celle décrite dans le brevet EP 0831 207 A2. On connaiît aussi des systèmes munis de deux jeux de cames dotés de profils différents pour les bas et hauts régimes. Un mécanisme automatique permet de sélectionner l'un ou l'autre des Jeux de cames en fonction d'un seuil de régime préétabli. Par exemple, un tel système est décrit dans le brevet EP 0829 142 A1. Ces solutions apportent une amélioration notable de la plage de régimes efficaces des moteurs qui en sont pourvus. Néanmoins, la complexité ainsl que le volume et surtout le coût de ces systèmes limitent leurs applications. Un des buts de l'invention est de proposer un dispositif qui tend à améliorer le rapport coût/efficacité de cette fonction. Un autre but de l'invention est de s'appliquer sans augmentation de volume aux architectures de distribution les plus courantes. Un autre but de l'invention est de proposer une variation, continue ou discontinue, sur toute la plage de régime d'utilisation du moteur. Un autre but encore de l'invention est de gérer cette variation en fonction du régime moteur, mais aussi d'intégrer d'autres paramètres caractéristiques du fonctionnement du moteur tels que; la charge du moteur, la température du moteur et/ou de l'air ambiant, la position de la pédale d'accélérateur. Un autre but de l'invention est d'assurer un fonctionnement minimum du moteur en cas de défaillance d'un élément de ce dispositif. Le dispositif est constitué, pour une soupape, d'un élément d'appui logé dans une partie fixe du moteur, la culasse par exemple, qui coopère avec un levier. Le dit levier transmet le mouvement induit par la came à la soupape. Il est caractérisé par le fait que cet élément d'appui peut se déplacer, dans un sens sous l'action du levier, quand il est lui-même sollicité par la came, dans l'autre sens par l'action d'un élément élastique. Ce mouvement est limité par deux butées, I'une réglant le jeu, l'autre, réglable en permanence pendant le fonctionnement du moteur, pilote ainsi l'ouverture de la soupape. En effet le levier distribue, de manière différentielle, le mouvement constant qui lui est communiqué par la came entre l'élément d'appui et la soupape. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description cidessous, ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée qui illustre les éléments de construction de la distribution, pour une soupape selon un mode non limitatif de mise en oeuvre de l'invention. La figure 2 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la soupape est fermée alors que le moteur tourne à un régime maximum. La figure 3 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la soupape est fermée alors que le moteur tourne à un régime inférieur. La figure 4 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came commence à agir sur le levier alors que le moteur tourne à un régime maximum. La figure 5 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came commence à agir sur le levier alors que le moteur tourne à un régime inférieur. La figure 6 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came est en contact avec le levier en son point culminant alors que le moteur tourne à un régime maximum. La figure 7 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came est en contact avec le levier en son point culminant alors que le moteur tourne à un régime inférieur. La figure 8 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came diminue alors que le moteur tourne à un régime maximum, La figure 9 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque l'élément d'appui a repris sa position d'origine alors que le moteur tourne à un régime inférieur. La figure 10 est un graphe schématique qui représente une courbe d'ouverture d'une soupape au régime maximum en comparaison avec une courbe d'ouverture d'une soupape à un régime inférieur, La figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée qui illustre les 35. éléments de construction de la, distribution, Pour simplifier la lecture, il n'est représenté qu'une soupape, le fonctionnement et les caractéristiques de l'invention s'appliquent de la même manière à tout ou partie des soupapes. L'arbre à cames (9) porte la came (12) qui coopère avec le levier (1 1). Le dit levier (1 1) s'appuie vers une extrémité (21) sur la queue de la soupape (13),celle-cl est maintenue fermée par l'action d'un élément élastique (16). Approximativement au milieu de ce levier (1 1) une zone de contact (1 7) est prévue pour être en contact avec la came (12). A son autre extrémité (22), le levier (11) s'appuie et s'articule sur un élément d'appui (10) qui est, lui-même, maintenu en position haute par un élément élastique (14). Une butée (18) limite vers le haut la course de cet élément d'appui (10) afin que la pression avec la came (12) dans la zone de Io contact (17) soit nulle lorsque la soupape (13) est fermée. Une seconde butée (15), en contact avec la culasse (19) règle la course de l'élément d'appui (10).Cette seconde butée (15) est caractérisée par sa dimension variable. La figure 2 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la soupape (13) est fermée alors que le moteur tourne à un régime maximum. On remarque que la chaîne cinématique complète: soupape (13), levier (11), came (12),élément d'appui (10), butées 15) et(18), culasse (19) est représentée sans jeu pour simplifier la compréhension, mals on peut utiliser n'importe quel système de rattrapage de jeu, automatique ou non, existant au niveau de la butée (18). La figure 3 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la soupape (13) est fermée alors que le moteur tourne à un régime inférieur. On peut constater que la butée (15) est plus courte et que l'élément d'appui (10) est maintenu en position haute par l'action de l'élément élastique (14). La figure 4 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came (12) commence à agir sur le levier (1 1) alors que le moteur tourne à un régime maximum. Le levier (1 1) ne peut basculer du côté de l'élément d'appui (10) car celui-ci est en contact avec la butée (15) qui s'appuie elle-même sur la culasse (19). Le levier (11) bascule donc du côté de la soupape (13),repousse celle-ci qui comprime l'élément élastique (16). La figure 5 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came (12) commence à agir sur le levier (1 1) alors que le moteur tourne à un régime inférieur. Le levier (11) peut basculer de chaque côté. Le couple de rappel constitué par le produit de la force de rappel de l'élément élastique (14) multipliée par le bras de levier (a) est, par construction, inférieur au couple de rappel constitué par le produit de la force de rappel de l'élément élastique (16) multipliée par le bras de levier (b). Il s'en suit que c'est d'abord l'élément d'appui (10) qui se déplace alors que la soupape (13) est maintenue fermée par l'élément élastique (16). Cette phase se poursuit Jusqu'à ce que l'élément d'appui (10) vienne en contact avec la butée (15), à cet instant le levier (11) bascule de l'autre côté et la soupape (13) commence à s'ouvrir, On constate donc que l'ouverture de la soupape (13) se produit avec un retard par rapport à la figure précédente qui dépend directement de la longueur de la butée (15). La figure 6 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came (12) est en contact avec le levier (11) en son point culminant alors que le moteur tourne à un régime maximum, La soupape présente alors une ouverture maximum (oM). La figure 7 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came (12) est en contact avec le levier (1 1) en son point culminant alors que le moteur tourne à un régime inférieur. On peut constater que l'ouverture de la soupape (13) est moins importante que dans la configuration précédente. Ceci présente l'avantage d'accélérer la vitesse de passage des gaz, ce qui est particulièrement Important pour les soupapes d'admission et notamment pour les moteurs fonctionnant par auto-allumage selon un cycle " diesel " ou à allumage commandé dit " à mélange pauvre " car il est alors fondamental de créer une turbulence importante des gaz admis. La figure 8 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque la came (12) diminue alors que le moteur tourne à un régime maximum. Sous l'action de l'élément élastique (16), la soupape remonte et repousse le levier (1 1) qui se redresse. La figure 9 est une vue schématique en coupe de ces mêmes éléments lorsque l'élément d'appui (10) a repris sa position d'origine alors que le moteur tourne à un régime Inférleur. Le couple de rappel est plus important du côté de la soupape (13), - elle se referme avant que l'élément élastique (14) ne repousse l'élément d'appui (10) jusqu'à sa position Initiale, La figure 10 est un graphe schématique o la levée de la soupape (13) est indiquée en ordonnée et l'angle de rotation de l'arbre à cames (9) est repéré en abscisse. Trois courbes y sont représentées, l'une (1) correspond à la levée de la soupape (13) pour le régime maximum du moteur, I'autre (2) correspond à une levée plus faible pour un régime Inférieur, la troisième (3) correspond aussi à une levée plus faible pour un régime Inférieur mals en incluant en plus un décalage de phase. La butée (15) est réglable de manière continue ou discontinue ce qui induit une variation progressive ou par paliers de l'amplitude de la levée de la soupape (13). I - Le réglage de longueur de cette butée peut être commandée de manière hydraulique, électrique, mécankique, électronique ou par une association quelconque de ces technologies La commande, avantageusement électronique, tient compte de différents paramètres de fonctionnement du moteur. Les capteurs qui équipent déjà la majorité des moteurs informent cette commande par exemple des paramètres suivants : Le régime de rotation du moteur, la position angulaire du vilebrequin, la charge du moteur, la température du moteur, celle de l'air ambiant, la position de la pédale d'accélérateur, l'information d'un détecteur de cliquetis ou tout autre paramètre jugé utile. En particulier si c'est un ordinateur qui gère ces données, il est avantageux d'adopter des lois de variations de levée de soupapes différentes selon qu'il s'agit de soupapes d'admission ou de soupapes d'échappement, voire entre deux soupapes de même fonction d'un même cylindre. Par exemple, lorsqu'un cylindre est alimenté par deux conduits d'admission de géométrie différente, il est avantageux de commander chacune des soupapes qui leur correspond de façon à privilégier l'une ou l'autre selon les conditions d'exploitation du moteur. L'explication est faite avec des composants réduits à l'essentiel afin de faciliter la compréhension. Cependant l'invention reste parfaitement compatible avec les règles de l'art qui guident la construction d'un moteur. En particulier, il peut être avantageux de conserver un système de décalage de phase qui modifie la transmission du mouvement entre le vilebrequin et l'arbre à cames afin d'avancer ou de retarder l'ouverture des soupapes, comme illustré par la courbe (3) de la figure 10. Simultanément si nécessaire, I'invention permet, d'utiliser un rattrapage de jeu hydraulique. Dans ce cas, il est même particulièrement avantageux de lier la construction de la butée (18), qui sert précisément à annuler automatiquement le jeu, à la construction de la butée (15) qui règle la levée de soupape. Avantageusement, la zone de contact (17) du levier (11) est muni d'un galet libre de façon à réduire le frottement et améliorer le rendement du moteur. Pour résoudre des problèmes d'encombrement ou de montage, on peut utiliser des culbuteurs à la place des leviers (11) décrits précédemment. Un avantage particulier de la chaîne cinématique proposée est qu'en cas de dysfonctionnement d'un quelconque élément spécifique à l'invention, le moteur continu de fonctionner selon le mode le plus propice à l'utilisation élémentaire, comprenant le démarrage et les régimes lents. On remarque que le dispositif propre à l'invention n'augmente pas l'inertie des pièces en mouvement pour les hauts régimes, mais seulement pour les régimes inférieurs, quand ce n'est précisément plus une contrainte pour obtenir des composants fiables et efficaces à un coût avantageux. REVENDICATIONS 1) Dispositif de variation de la distribution d'un moteur thermique à soupapes commandées par au moins un arbre à cames via des leviers, caractérisé en ce qu'il comporte un élément d'appui (10), sur lequel chaque levier (11) réagit, qui peut être mobile lorsque le dit levier (11) est sollicité par la came (12), permettant de réduire la course et la durée d'ouverture de la soupape (13) correspondante. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une butée (15) réglable pendant le fonctionnement du moteur, qui limite la course de l'élément d'appui (10), lorsqu'il est sollicité par le levier (11) permettant d'ajuster la course et la durée d'ouverture de la soupape (13) en fonction du régime du moteur, 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte la commande de variation du réglage de la butée(1 5) qui intègre au moins un autre paramètre, qui peut être notamment: la position angulaire du vilebrequin, la charge du moteur, la température du moteur, celle de l'air ambiant, la position de la pédale d'accélérateur, I'information d'un détecteur de cliquetis, permettant d'ajuster la course et l'ouverture de la soupape (13) aux conditions de fonctionnement du moteur. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un pilotage de la variation du réglage qui a une loi spécifique permettant d'adapter la course et la durée d'ouverture de la soupape (13) à la fonction précise qui lui correspond. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est associé à un système de rattrapage de jeu hydraulique automafique lié à la butée (18) permettant de compenser l'usure et les déformations possibles. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est associé à un système de décalage entre l'arbre à cames et le vilebrequin.