Brevet FR2799792A1 — publié le 20010420

La présente invention concerne un moteur thermique à dispositif de distribution variable. Le dispositif de distribution régit dans un moteur thermique l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement, et comporte un arbre ' cames dont la forme des cames détermine l'amplitude de levée des soupapes, la durée de leur ouverture et la vitesse de leurs mouvements. Les soupapes d'admission et d'échappement peuvent se trouver simultanément ouvertes selon la durée de leurs phases d'ouverture respectives ; durée d'ouverture simultanée est encore appelée croisement de soupapes. Des dispositifs de distribution variable ont été proposés afin d'agir sur l'amplitude de levée des soupapes et sur leur calage en fonction des régimes de fonctionnement moteur. Un dispositif de distribution variable dans lequel l'arbre à cames présente des cames dont la section varie axialement a été proposé. Dans dispositif de distribution, l'arbre à came est déplaçable axialement au moyen d'un vérin hydraulique, de façon à modifier l'amplitude de levée des soupapes. Des cannelures hélicoïdales provoquent un décalage angulaire de 1 arbre à cames proportionnel à son déplacement axial, afin de modifier simultanément le calage des soupapes. Ainsi, agissant sur l'amplitude de levée des soupapes et en introduisant un retard ou une avance dans l'actionnement des soupapes, le fonctionnement du moteur peut être amélioré l'émission de polluants réduite. Il existe un besoin pour améliorer encore le dispositif de distribution d'un moteur thermique, afin d'obtenir un réglage optimal de l'amplitude de levée des soupapes et du calage en fonction des divers régimes de fonctionnement du moteur. Le moteur thermique selon l'invention, à dispositif de distribution variable, avec une commande des soupapes par au moins un arbre à cames entraîné en rotation par rapport à la culasse du moteur, des éléments suiveurs de cames étant prévus entre les cames et les soupapes, se caractérise par le fait que les éléments suiveurs de came sont solidaires de moyens d'entraînement permettant de les déplacer par rapport à la culasse du moteur et de modifier leur positionnement axial et/ou angulaire par rapport à l'arbre à cames, afin d'agir sur l'amplitude de levée des soupapes et/ou leur durée d'ouverture et/ou leur calage. De préférence, les éléments suiveurs de came sont solidaires de moyens d'entraînement permettant de modifier sélectivement leur positionnement axial et leur positionnement angulaire par rapport à l'arbre à cames. En variante, les éléments suiveurs de came sont solidaires de premiers moyens d'entraînement permettant de modifier leur positionnement axial par rapport l'arbre à cames et le moteur comporte des seconds moyens d'entraînement permettant d'agir sur le positionnement angulaire de l'arbre à cames indépendamment de l'action exercée les éléments suiveurs de came par les premiers moyens d'entraînement. En variante encore, les éléments suiveurs de came sont solidaires de premiers moyens d'entraînement permettant de modifier leur positionnement angulaire par rapport à l'arbre a cames et le moteur comporte des seconds moyens d'entraînement permettant de modifier le positionnement axial de l'arbre à cames indépendamment de l'action exercée les éléments suiveurs de came par les premiers moyens d'entraînement. Grâce à l'invention, on peut modifier l'amplitude de levée des soupapes et/ou leur durée d'ouverture indépendamment du réglage du calage des soupapes, ce présente nombreux avantages. En particulier, on peut choisir le profil de chaque came de manière à faire progresser l'amplitude de levée des soupapes davantage que la durée d'ouverture simultanée des soupapes d'admission et d'échappement des différents cylindres dans une première partie de la largeur de la came et à faire progresser la durée d'ouverture simultanée, c'est-à-dire le croisement de soupapes, davantage que l'amplitude de levée dans deuxième région de la largeur de la came, lorsque les éléments suiveurs de came sont déplacés axialement. En d'autres termes, le profil des cames peut être choisi de telle sorte que l'amplitude de levée des soupapes subisse la majeure partie de sa variation lorsque l'élément suiveur de came se déplace sur la première partie de la largeur de la came. Ainsi, on peut faire jouer à cette première partie de la largeur de la came le même ro qu'un papillon d'admission, c'est-à-dire celui de moduler la quantité d'air d'admission en fonction de la position de l'accélérateur. Le papillon d'admission peut alors être supprimé, ce qui est avantageux car ce dernier oppose une perte de charge qui freine la descente du piston et affecte le rendement du moteur. Par ailleurs, lorsque l'élément suiveur de came se déplace la deuxième partie de la largeur de la came, l'amplitude de levée des soupapes reste sensiblement constante. Le profil des cames peut être choisi de telle sorte que la duree d'ouverture simultanée des soupapes d'admission et d'échappement, c'est-à-dire croisement de soupapes, subisse la majeure partie de sa variation lorsque l'élément suiveur de came se déplace sur la deuxième partie de la largeur de la came. Enfin, indépendamment du positionnement axial des éléments suiveurs de came, et donc du réglage de l'amplitude de levée des soupapes et diagramme de distribution, on peut agir sur le calage en modifiant le positionnement angulaire des éléments suiveurs de came par rapport à l'arbre à cames, et notamment régler l'avance à l'échappement ou l'admission en fonction du régime de fonctionnement du moteur. Dans une réalisation particulière, chaque élément suiveur de came comporte une biellette, encore appelée linguet, munie à une extrémité d'un galet tournant au contact d'une came dont l'autre extrémité pivote sur un vilebrequin de commande, déplaçable sélectivement axialement selon son axe et en rotation autour de son axe. Dans une réalisation particulière, le moteur comporte deux soupapes d'admission cylindre, ces soupapes étant disposées avec leur axe situe dans un plan parallèle à l'axe de l'arbre à cames, et deux soupapes d'échappement par cylindre, disposées de part et d'autre dudit plan entre les soupapes d'admission. Dans une réalisation particulière, les soupapes d'admission sont reliées par une pièce de couplage, de même que les soupapes d'échappement, les éléments suiveurs de came appuient sur lesdites pièces de couplage pour provoquer déplacement des soupapes. Avantageusement, chaque pièce de couplage comporte un rouleau sur lequel appuie l'élément suiveur de came associé, ce rouleau ayant en section axiale une forme concave dont la courbure est choisie de telle sorte que la modification positionnement angulaire de l'élément suiveur de came par rapport à l'arbre à cames 'entraîne pas de décalage sur l'amplitude de levée des soupapes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise oeuvre non limitatif, et à l'examen du dessin annexé sur lequel - La figure 1 est une vue schématique d'un cylindre du moteur, illustrant le positionnement relatif des soupapes d'admission et d'échappement, - la figure 2 est une coupe schématique et partielle du moteur selon le trait de coupe de 11-Il de figure 1, - la figure 3 est une analogue à la figure 2, représentant les soupapes d'échappement avec une amplitude de levée maximale, - la figure 4 est une coupe schématique et partielle du moteur selon le trait de coupe IV-IV de figure 1, - la figure 5 est une analogue à la figure 4, avec un réglage différent des éléments suiveurs de came, - la figure 6 est une vue de dessus partielle et schématique du moteur, les éléments suiveurs came ayant été enlevés, - la figure 7 est une analogue à la figure 6, les éléments suiveurs de came étant représentes, - la figure 8 est une analogue à la figure 7, avec un réglage différent des éléments suiveurs de came, et - la figure 9 est une vue schématique et partielle en perspective du moteur. Le moteur 1 représenté sur les figures comporte une rangée de cylindres 10, chaque cylindre 10 comportant deux soupapes d'admission 11 et deux soupapes d'échappement 12. Les axes des soupapes d'admission 11 sont situés dans un plan A, tandis que les soupapes d'échappement 12 sont disposées entre les soupapes d'admission 11 avec leur axe situé dans un plan B perpendiculaire au plan A. On a représenté sur la figure 1 les conduits d'admission débouchant sur les soupapes d'admission 11 ainsi que les conduits d'échappement assurant la récupération des gaz brûlés quittant les soupapes d'échappement 12. On a également représenté en pointillés sur la figure 1 l'emplacement des dispositifs d'allumage. La disposition des soupapes d'admission 11 est avantageuse car elle permet de conférer à l'écoulement dans le cylindre une rotation sur lui-même, propice à l'homogénéisation du mélange du carburant et du comburant. Cette disposition des soupapes et des conduits d'échappement est avantageuse car elle permet aux flux des gaz d'échappement, de température très élevée, de parcourir le trajet le plus court possible dans la culasse en échangeant ainsi le minimum de chaleur avec cette dernière. Dès lors, le fait que gaz d'échappement ne soient pas trop refroidis à l'intérieur de la culasse procure chauffage plus rapide du catalyseur du pot d'échappement au démarrage. De même, le fait que la culasse ne soit pas trop chauffée par les gaz d'échappement procure une diminution de la "traînée de refroidissement" en aval. Le moteur 1 comporte un arbre à cames 20 fixe axialement par rapport à la culasse 16 du moteur et tournant autour d'un axe X. Cet arbre à cames 20 comporte plusieurs ensembles de cames respectivement associés aux cylindres 10. Chaque ensemble de cames comporte, dans l'exemple décrit, trois cames, à savoir une came 21 de commande d'échappement disposée entre deux cames 22 de commande d'admission, comme on le voit sur les figures 8 et 9. Les queues des soupapes sont solidaires de dispositifs de rattrapage de jeu constitués par des poussoirs hydrauliques 23, de façon connue en soi, et les soupapes sont rappelées en position de fermeture par des ressorts de rappel 24. Des ensembles d'éléments suiveurs de came sont prévus pour transformer le mouvement de rotation des cames en un mouvement de descente des soupapes. Chaque ensemble d'éléments suiveurs de came comporte trois biellettes 40a, 40b et 40c. Chaque biellette 40a, 40b ou 40c est munie à une extrémité 43 d'un galet suiveur 50, tournant autour d'un axe Z parallèle à l'axe de rotation X de l'arbre à cames, et pivote à l'autre extrémité autour d'un axe Y également parallèle à l'axe X, comme illustré sur la figure 9. Les queues des soupapes d'échappement 12 sont réunies par une pièce de couplage 61 sur laquelle est monté rotation un rouleau 60. La biellette 40b prend appui sur ce rouleau 60. Les soupapes d'admission 11 sont réunies par une pièce d'accouplement 71 aux extrémités de laquelle sont montes en rotation deux rouleaux 70. Les biellettes 40a et 40c appuient respectivement sur ces rouleaux 70. Chaque ensemble de biellettes 40a, 40b et 40c est monté sur un maneton 45 d'un vilebrequin de distribution 80 d'axe K, pouvant être entraîné en déplacement axial, c'est-à-dire longitudinal, le long de l'axe K et en rotation autour de cet axe K par des moyens d'entraînement 90, comprenant par exemple par deux moteurs électriques, relié à un circuit électronique capable de contrôler l'alimentation desdits moteurs selon une loi de commande prédéterminée, en fonction du régime du moteur et/ou du degré d'enfoncement de pédale d'accélérateur. On a représenté très schématiquement sur la figure 6 ces moyens d'entraînement 90 dans un souci de simplification du dessin. On comprend qu'en modifiant le positionnement axial du vilebrequin de distribution 80 ainsi qu'en jouant sur son orientation angulaire autour de l'axe K, on peut modifier le positionnement axial et angulaire des galets 50 sur les cames 21 et 22. Les rouleaux 60 et 70 présentent en coupe axiale un profil concave de rayon R égal à celui de arc de cercle décrit par l'axe Y lorsque le vilebrequin de distribution 80 tourne autour de l'axe K et à celui de la surface de roulement des galets 50 sur l'arbre à cames 20 en dehors des bossages des cames. La surface inférieure de l'extrémité 43 des biellettes 40a, 40b ou 40c, venant en appui sur les rouleaux 60 ou 70, est cylindrique de génératrice parallèle à l'axe X. Ainsi, le déplacement axial ou angulaire du vilebrequin de commande n'induit pas de modifications de l'amplitude de levée des soupapes ou de leur calage autre que celles dues au profil choisi pour les bossages des cames 21 et 22. Vu de face, le bossage de chaque came présente sensiblement une plus grande étendue angulaire autour de l'axe X et une plus grande hauteur sur un bord que l'autre. De plus, lorsque le bossage de chaque came est observé en coupe axiale dans son plan médian, sa hauteur croît relativement fortement et rapidement sur une premiere partie 25 de la largeur de la came à partir du bord où la hauteur est minimale et correspond au régime de ralenti, puis croît relativement lentement sur une deuxième partie 26 de la largeur de la came vers l'autre bord. En déplaçant le vilebrequin de distribution 80 parallèlement à son axe K, on modifie le positionnement axial des galets 50 sur les cames associées. On peut ainsi positionner les galets 50 de manière à ce que leurs lignes de roulement sur les cames se situent en des emplacements choisis de manière à faire fonctionner le moteur avec une amplitude de levée et une durée d'ouverture simultanée des soupapes d'admission et d'échappement des différents cylindres prédéterminées. En entraînant en rotation le vilebrequin de distribution 80 autour de l'axe K, peut modifier en outre le calage des soupapes. A titre d'illustration, on a représenté sur les figures 2 et 3 le vilebrequin de distribution 80 dans une position de calage dans laquelle il n'y a ni retard, ni avance à l'échappement. Sur la figure 3, on a représenté les soupapes d'échappement ouvertes au maximum, la ligne de roulement des galets 50 coïncidant avec le bord supérieur du bossage de la came de commande d'échappement, correspondant à la configuration de charge maximale à régime moyen de rotation du moteur. Sur la figure 4, on a entraîné en rotation le vilebrequin de distribution autour de l'axe K dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, de manière à modifier calage des soupapes d'admission pour rendre l'avance de calage maximale correspondant à la configuration de puissance maximale. A l'inverse, sur la figure 5, le retard de calage est maximal et le galet 50 déplace sur le bord inférieur du bossage de la came correspondant à l'amplitude de levée minimale au régime de ralenti. On peut aisément se rendre compte à l'examen comparé des figures 7 et 8 déplacement axial du vilebrequin de distribution 80 entre les situations extrêmes que sont configuration de ralenti de la figure 7 et la configuration de puissance maximale de la figure 8. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. On peut notamment modifier la forme des éléments suiveurs de came et celle du vilebrequin de distribution. On peut aussi changer la disposition des cylindres et celle des soupapes d'admission et d'échappement. En particulier, dans le cas d'un moteur à double rangée de cylindres, on utilisera deux dispositifs de distribution tel que celui qui vient d'être décrit. REVENDICATIONS 1. Moteur thermique (1) à dispositif de distribution variable, avec une commande des soupapes par au moins un arbre à cames (20) entraîné en rotation par rapport à la culasse (16) du moteur, des éléments suiveurs de came étant prévus entre les cames et les soupapes, caractérisé par le fait que lesdits éléments suiveurs de came sont solidaires de moyens d'entraînement (80) permettant de les déplacer par rapport à la culasse du moteur et de modifier leur positionnement axial et/ou angulaire par rapport à l'arbre à cames (20), afin d'agir sur l'amplitude de levée des soupapes et/ou leur durée d'ouverture et/ou leur calage. 2. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérise par le fait que les éléments suiveurs de came sont solidaires de moyens d'entraînement (80) permettant de modifier sélectivement leur positionnement axial et leur positionnement angulaire par rapport à arbre à cames (20). 3. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments suiveurs de came sont solidaires de premiers moyens d'entraînement permettant de modifier leur positionnement axial par rapport à l'arbre à cames et par le fait que le moteur comporte des seconds moyens d'entraînement permettant d'agir sur le positionnement angulaire de l'arbre à cames indépendamment de l'action exercée sur lesdits éléments suiveurs de came par les premiers moyens d'entraînement. 4. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments suiveurs de came sont solidaires de premiers moyens d'entraînement permettant de modifier leur positionnement angulaire par rapport à l'arbre à cames et par le fait que le moteur comporte des seconds moyens d'entraînement permettant de modifier le positionnement axial de l'arbre à cames indépendamment de l'action exercée sur lesdits éléments suiveurs de came par lesdits premiers moyens d'entraînement. 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise par le fait que chaque élément suiveur de came comporte une biellette (40a ; 40b ; 40c) munie à une extrémité d'un galet (50) tournant au contact d'une came (21 ; 22) et dont l'autre extrémité pivote sur un vilebrequin de distribution (80) déplaçable sélectivement axialement selon son axe (K) et en rotation autour de axe (K). 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte deux soupapes d'admission (1 par cylindre (10), ces soupapes étant disposées avec leur axe situé dans un plan (A) parallèle à l'axe (X) de l'arbre à cames, et deux soupapes d'échappement (12) par cylindre, disposées de part et d'autre dudit plan entre les soupapes d'admission (11). 7. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé par fait que les soupapes d'admission sont reliées par une pièce de couplage (71), de même que les soupapes d'échappement, et par le fait que les éléments suiveurs de came (50) appuient sur lesdites pièces couplage (61 ; 71) pour provoquer le déplacement des soupapes. 8. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé le fait que chaque pièce de couplage (61 ; 71) comporte un rouleau (60 ; 70) lequel appuie l'élément suiveur de came associé, ce rouleau ayant en section axiale une forme concave dont la courbure est choisie de telle sorte que la modification du positionnement angulaire de l'élément suiveur de came par rapport à l'arbre à cames n'entraîne pas de décalage sur l'amplitude de levée des soupapes. 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la quantité d'air d'admission est contrôlée par l'amplitude de levée des soupapes uniquement, sans papillon d'admission. 10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le profil de chaque came est choisi de manière à faire progresser l'amplitude de levée des soupapes davantage que la durée d'ouverture simultanée des soupapes d'admission et d'échappement des différents cylindres dans une première partie (25) de la largeur de la came et à faire progresser la durée d'ouverture simultanée des soupapes davantage que l'amplitude de levée dans une deuxième région (26) de la largeur de la came, lorsque les éléments suiveurs de came sont déplacés axialement.