Brevet FR2849465A1 — publié le 20040702

"Dispositif de commande de soupape de moteur à combustion interne, à levée variable" La présente invention concerne un dispositif de commande 5 de soupape de moteur à combustion interne, à levée variable, notamment pour véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de commande de soupape de moteur à combustion interne, à levée variable du type comportant: - un arbre de commande lié en rotation au vilebrequin du moteu r; - des moyens de transformation de la rotation de l'arbre de commande en un mouvement rectiligne orienté globalement selon une direction (D) globalement parallèle à l'axe X-X de la 15 soupape; - des moyens de transmission interposés entre les moyens de transformation et une came qui est montée pivotante autour d'un axe fixe parallèle à l'arbre de commande et suivant une direction orthogonale à l'axe X-X de la soupape dont elle 20 commande la levée par l'intermédiaire de son profil de came qui coopère avec l'extrémité supérieure de la soupape, et - des moyens pilotés de réglage agissant sur les moyens de transmission du mouvement pour faire varier la levée de la soupape. Grâce à de tels dispositifs de commande, il est possible d'agir sur les lois d'ouverture ou de fermeture des soupapes, c'est à dire le moment et la durée d'ouverture de celles-ci, lois déterminées auparavant de manière définitive lors de la conception du moteur. Ces dispositifs de commande de soupape à levée variable, par exemple une soupape d'admission, permettent notamment d'agir en temps réel sur des paramètres tels que le moment, la durée ou l'amplitude d'ouverture des soupapes. Ainsi, à puissance équivalente fournie par le moteur, on obtient une réduction de la consommation et une moindre pollution en régulant de manière optimale la quantité ou le débit de l'air entrant dans le cylindre pour augmenter le rendement du moteur. Un dispositif de commande de ce type est par exemple connu du document WO-A-00/08309 qui décrit un dispositif mécanique qui agit sur la levée de soupape. Cependant, ce dispositif mécanique est particulièrement 10 complexe et fait appel à de nombreux organes, notamment des moyens élastiques, des cames et suiveurs de cames. Une telle solution s'avère particulièrement onéreuse à mettre en oeuvre et ne donne donc pas entière satisfaction. L'invention vise à remédier à ces problèmes et 15 inconvénients en proposant une solution simple, efficace et économique utilisant un dispositif mécanique simple. Dans ce but, l'invention propose un dispositif de commande du type de celui décrit précédemment, caractérisé en ce que les moyens de transmission comportent une pièce de 20 renvoi de mouvement sur laquelle agissent les moyens pilotés de réglage et sur laquelle est articulé un organe de sortie de mouvement des moyens de transformation, et une biellette dont l'extrémité supérieure est articulée sur la pièce de renvoi et dont l'extrémité inférieure est articulée sur la came. Avantageusement, l'invention ne nécessite pas d'autres ressort que le ressort de rappel de la soupape. De préférence, les soupapes dont la levée variable est commandée par le dispositif de commande selon l'invention, sont les soupapes d'admission et/ou les soupapes d'échappement d'un 30 moteur à combustion interne. Avantageusement, les moyens de transformation et les moyens pilotés de réglage constituent deux systèmes indépendants ce qui simplifie la réalisation et la mise au point du dispositif de commande selon l'invention. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens de transformation comportent un ensemble manivelle-bielle dont l'extrémité libre inférieure de la bielle constitue l'organe de sortie de mouvement des moyens de transformation; - la pièce de renvoi de mouvement est de forme globalement triangulaire et comporte dans son angle supérieur un premier axe d'articulation de l'organe de sortie des moyens de transformation, dans son angle inférieur un deuxième axe 10 d'articulation de l'extrémité supérieure de la biellette et dans son troisième angle, décalé longitudinalement par rapport aux angles supérieur et inférieur, un troisième axe d'articulation des moyens pilotés de réglage; - la bielle et la biellette sont globalement alignées 15 parallèlement à la droite (D) passant par l'axe d'articulation de l'extrémité supérieure de la bielle avec le bras de manivelle et par l'axe d'articulation de l'extrémité inférieure de la biellette avec la came; - les moyens pilotés de réglage de la levée de soupape 20 sont constitués par un levier qui est monté pivotant autour d'un axe fixe, dont l'extrémité supérieure est articulée sur la pièce de renvoi par le troisième axe et dont l'extrémité inférieure est reliée à des moyens de commande du pivotement du levier autour de l'axe fixe; - le moyen de commande du pivotement du levier est un action neu r; - l'axe de pivotement du levier est entre les extrémités supérieure et inférieure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera à la figure unique qui représente schématiquement un dispositif selon l'invention pour la commande d'une soupape. Dans la description et les revendications, pour en faciliter la compréhension, on utilisera à titre non limitatif les orientations longitudinale, verticale et transversale selon le trièdre (L, V, T) représenté à la figure unique et les expressions telles que 5 supérieur et inférieur, gauche et droite, vertical et transversal, ainsi que les directions en référence aux définitions données dans la description. La figure unique représente schématiquement un dispositif de commande 10 à levée variable d'une seule soupape d'un 10 moteur à combustion interne. Le moteur (non représenté) comporte dans sa partie supérieure une culasse 12, partiellement représentée, qui ferme de manière étanche le bloccylindres du moteur. La culasse 12 comporte des soupapes à levée variable qui 15 sont commandées par le dispositif 10 pour réguler l'entrée et/ou la sortie des gaz. La culasse 12 comporte ici dans sa partie supérieure un logement 14 dans lequel est reçu le dispositif de commande 10 et une partie inférieure 16 dans laquelle sont montées les soupapes. 20 Le logement 14 est délimité verticalement vers le bas par un fond 18 qui s'étend horizontalement selon les axes (L, T) et est délimité transversalement par deux parois verticales opposées qui s'étendent latéralement selon les axes (L, V). La partie inférieure 16 de la culasse 12 comporte un 25 conduit 22 d'entrée ou de sortie des gaz du moteur, qui débouche d'une part transversalement dans une face latérale de la culasse 12, ici vers la gauche sur la figure et, d'autre part, verticalement vers le bas dans la face inférieure 24 de la culasse 12 par un orifice 26. Le conduit 22, qui peut être un conduit d'admission et/ou d'échappement, débouche dans une chambre de combustion d'un cylindre du moteur. L'orifice 26 est ici circulaire et de section tronconique, et il constitue un siège de soupape pour une soupape 28 qui est montée mobile dans la culasse 12, selon un axe X-X, ici d'orientation verticale. La culasse 12 comporte un trou 30 qui s'étend verticalement et débouche d'une part vers le haut dans le fond 18 du logement 14 et, d'autre part, vers le bas dans le conduit 22. La soupape 28 comprend une partie supérieure comportant une queue 32 que prolonge vers le bas une tige verticale 34 et une partie inférieure conformée en une tête 36. La queue 32 s'étend verticalement vers le haut dans le 10 logement 14 et la tige 34 traverse la partie inférieure 16 de la culasse 12 par le trou 30. Avantageusement, la tige 34 de la soupape 28 est guidée par un guide de soupape 38 qui est reçu dans le trou 30 à l'intérieur duquel il s'étend verticalement entre le fond 18 et le 15 conduit 22. La tête 36 est de forme tronconique et présente un profil complémentaire du siège de soupape 26. La soupape 28 est mobile verticalement selon un mouvement rectiligne entre une position haute fermée dans 20 laquelle la tête 36 coopère avec le siège de soupape 26 pour fermer de manière étanche le conduit 22, et un position basse ouverte dans laquelle il existe un jeu variable, selon la levée de la soupape 28, de manière à mettre en communication le conduit 22 avec la chambre de combustion (non représentée). La partie supérieure de la soupape 28 comporte ici un poussoir 40, qui est cylindrique et qui, en coupe transversale, présente globalement une forme de " U " inversé, c'est à dire qu'il est ouvert verticalement vers le bas. Le poussoir 40 en " U " comporte ainsi une paroi 30 transversale supérieure en forme de disque 42 et une paroi latérale cylindrique convexe 44 s'étendant verticalement, l'ensemble délimitant un logement dans lequel est reçu la queue 32 de la soupape. Plus précisément, l'extrémité supérieure de la queue 32 de la soupape 28 est liée en déplacement avec le poussoir 40 contre la face inférieure 48 de la paroi transversale supérieure 42 duquel elle est en appui. Le poussoir 40 est ici interposé verticalement entre le dispositif de commande 10 et la queue 32 de la soupape 28 de sorte que le dispositif 10 agit sur la face supérieure de la paroi transversale 42 du poussoir 40, en variante directement sur la queue 32 de la soupape 28. La partie supérieure de la soupape 28 comporte un ressort de rappel 46, entourant la queue 32 de la soupape, dont l'extrémité supérieure est en appui sur la face inférieure 48 du poussoir 40 et dont l'extrémité inférieure est en appui sur le fond 18 du logement 14. L'extrémité supérieure du ressort de rappel 46 est reçue dans le logement du poussoir 40 et maintenue latéralement par la paroi 44, qui constitue avantageusement des moyens de guidage du ressort de rappel 46. Le ressort de rappel 46 est ainsi comprimé par le dispositif 20 de commande 10 lorsque ce dernier exerce un effort vertical de poussée vers le bas, ici sur l'extrémité supérieure du poussoir 40, qui est suffisant pour déplacer la soupape 28 de sa position fermée vers sa position ouverte. Le ressort de rappel 46 sollicite en permanence, par 25 réaction sur le fond 18, la soupape 28 vers sa position haute fermée, illustrée à la figure unique, et rappèle automatiquement la soupape 28 dans cette position dès lors que le dispositif 10 cesse d'exercer l'effort vertical de poussée. Le dispositif de commande 10 comporte un arbre supérieur 30 de commande 50 qui est lié en rotation au vilebrequin du moteur, ici par une poulie 52 entraînée par une chaîne (non représentée), en variante par des moyens analogues. Le dispositif de commande 10 comporte des moyens de transformation 54 de la rotation de l'arbre de commande 50 en un mouvement rectiligne orienté globalement selon une direction (D) ici verticale, c'est à dire globalement parallèle à l'axe X-X de la soupape 28, et des moyens de transmission 56 qui sont interposés entre les moyens de transformation 54 et une came 5 inférieure 58 qui est montée pivotante autour d'un axe fixe 60 parallèle à l'arbre de commande 50 et suivant une direction globalement orthogonale à l'axe X-X de la soupape 28. Les moyens de transformation 54 comportent un ensemble manivelle-bielle, constitué d'un bras de manivelle 62 et d'une 1o bielle 64. Plus précisément, la manivelle 62 est entraînée en rotation par l'une de ses extrémités, par l'arbre de commande 50 et elle est articulée, à l'autre de ses extrémités, avec l'extrémité supérieure de la bielle 64, par l'intermédiaire d'une articulation 15 d'axe 66. Les moyens de transmission 56 comportent notamment une pièce de renvoi de mouvement 70, ici de forme globalement triangulaire, qui comporte dans son angle supérieur gauche un premier axe d'articulation 74 d'une extrémité inférieure 65 de la 20 bielle 64. De plus, la pièce de renvoi de mouvement 70 comporte dans son angle gauche inférieur un deuxième axe d'articulation 76 de l'extrémité supérieure d'une biellette 72 et dans son troisième angle inférieur droit, décalé transversalement vers la 25 droite par rapport aux angles supérieur et inférieur gauche, un troisième axe d'articulation 78 des moyens pilotés de réglage 68. La biellette 72 est articulée à son extrémité supérieure sur la pièce de renvoi 70 par le deuxième axe d'articulation 76 et à son extrémité inférieure sur la came 58 par un axe d'articulation 30 80. L'extrémité libre inférieure 65 de la bielle 64 constitue l'organe de sortie de mouvement des moyens de transformation de mouvement 54. Avantageusement, la bielle 64 et la biellette 72 sont globalement alignées sensiblement parallèlement à la droite (D) passant ici respectivement par l'axe d'articulation 66 de l'extrémité supérieure de la bielle 64 avec la manivelle 62 et par 5 l'axe d'articulation 80 de l'extrémité inférieure de la biellette 72 avec la came 58. L'ensemble constitué des moyens de transformation 54 et des moyens de transmission 56 se comporte donc comme un mécanisme du type manivellebielle dont la bielle serait articulée 10 entre l'axe 66 avec le bras de manivelle et l'axe 80 avec la came 58. Cependant, conformément à l'invention, l'ensemble des moyens qui transmettent le mouvement constituent un mécanisme du type " bielle cassée " formé notamment par la bielle 64, la 15 pièce de renvoi 70 et la biellette 72. Le dispositif de commande 10 comporte des moyens pilotés de réglage 68 agissant sur les moyens de transmission 56 du mouvement pour modifier la distance entre les axes d'articulation 66 et 80 ce qui a pour conséquence de faire varier 20 l'amplitude du mouvement. Ainsi conformément à l'invention, les moyens de transmission 56 comportent une pièce de renvoi de mouvement 70 sur laquelle agissent les moyens pilotés de réglage 68 et sur laquelle est articulée un organe de sortie de mouvement des 25 moyens de transformation 54, et une biellette 72 dont l'extrémité supérieure est articulée sur la pièce de renvoi 70 et dont l'extrémité inférieure est articulée sur la came 58 La came 58 commande la levée de soupape par l'intermédiaire de son profil de came qui coopère avec la partie 30 supérieure de la soupape 28, ici la face supérieure de la paroi transversale 42 du poussoir 40. Les moyens pilotés de réglage 68 de la levée de soupape sont constitués par un levier 82 qui est monté pivotant autour d'un axe fixe 84, dont l'extrémité supérieure est articulée sur la pièce de renvoi 70 par le troisième axe 78, et dont l'extrémité inférieure est reliée à des moyens de commande 86 du pivotement du levier 82 autour de l'axe fixe 84. Le moyen de commande 86 du pivotement du levier 82 est 5 avantageusement un actionneur (non représenté) qui agit sur l'extrémité inférieure du levier 82 par l'intermédiaire d'une tige de commande 86 reliée au levier 82 par une articulation 88. L'axe de pivotement 84 du levier 82 est ici disposé entre les extrémités supérieure et inférieure du levier, c'est à dire entre io les articulations 78 et 88. Bien entendu, l'ensemble des axes d'articulation 50, 60, 66, 74, 76, 78, 80, 84 sont parallèles entre eux et s'étendent selon une direction globalement orthogonale à l'axe X-X de la soupape 28. La soupape 28 est représentée sur la figure unique en position basse ouverte. Le fonctionnement du dispositif de commande 10 de la soupape 28 et la réalisation de la levée variable seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre. L'ensemble manivelle-bielle des moyens de transformation 54 est entraîné en rotation par l'arbre de commande 50 et transforme ce mouvement rotatif en un mouvement rectiligne selon la direction (D), ici globalement verticale. Ce mouvement rectiligne est ensuite transmis à la pièce de 25 renvoi de mouvement 70 par l'intermédiaire de la bielle 64 et de l'articulation 74, de sorte que la pièce de renvoi 70 est alors animée d'un mouvement oscillant autour de l'axe d'articulation 78 dont la position est fixe pour une position réglée du levier 82 qui est déterminée par les moyens de commande 86. Ce mouvement oscillant de la pièce de renvoi 70 autour de l'axe 78 est transmis à la came 58 par l'intermédiaire de la biellette 72 de sorte que la came 58 effectue elle aussi un mouvement oscillant autour de son axe fixe 60. Le déplacement vertical de la soupape 28 entre la position basse ouverte et la position haute fermée résulte de l'action de la came 58 sur le poussoir 40, plus précisément de son profil de came qui coopère donc avec la partie supérieure de la soupape 28. La came 58 comporte un profil de came constitué notamment d'un profil 90 de commande de la levée de la soupape 28 et d'un profil de suivi 92. Pour un secteur angulaire déterminé parcouru par 10 l'ensemble manivellebielle 54, ici le secteur (Oy, Ox) selon le sens de rotation indiqué de l'arbre de commande 50, le profil 90 de commande agit sur la soupape 28 pour déplacer celle-ci entre ses deux positions extrêmes ouverte et fermée. En dehors de ce secteur angulaire, c'est à dire pour le 15 secteur (Ox, Oy), la came 58 coopère avec la partie supérieure de la soupape 28 par son profil circulaire centré de suivi 92 qui ne provoque aucun déplacement de la soupape 28. L'amplitude du mouvement oscillant effectué par la came 58 autour de son axe fixe 60 détermine la portion du profil de 20 came qui va coopérer avec la soupape 28 et donc la position relative de la soupape 28. L'amplitude de ce mouvement oscillant de la came 58 est déterminé par l'amplitude du mouvement que lui transmet la biellette 72. En effet, pour un mouvement de rotation donné autour de l'arbre de commande 50, on obtient après transformation du mouvement de rotation, un mouvement rectiligne d'une amplitude déterminée qui est transmis à la came 58 par la bielle 64, la pièce de renvoi 70 et la biellette 72. Pour une position donnée du levier 82, la pièce de renvoi effectue un mouvement oscillant autour de l'axe d'articulation 78 et transmet ainsi l'amplitude du mouvement reçu de la bielle 64 à la biellette 72 et donc à la came 58. La levée variable de la soupape est donc commandée en agissant sur les moyens de commande 86 ce qui permet, par l'intermédiaire du levier 82, de modifier la position de l'axe d'articulation 78 de la pièce de renvoi 70 et ainsi de faire varier 5 " l'entraxe ", soit la distance entre les axes d'articulation 66 et 80. En variante, les moyens de transformation 54 sont constitués par un arbre à cames comportant au moins une came formant l'organe de sortie de mouvement des moyens de 10 transformation 54 et qui coopère avec la pièce de renvoi de mouvement 70. L'invention propose donc un dispositif de commande de soupape permettant d'en contrôler la levée de manière variable grâce à un dispositif mécanique simple. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande (10) de soupape de moteur à combustion interne, à levée variable du type comportant: - un arbre de commande (50) lié en rotation au vilebrequin du moteur; - des moyens de transformation (54) de la rotation de l'arbre de commande (50) en un mouvement rectiligne orienté globalement selon une direction (D) globalement parallèle à l'axe i0 X-X de la soupape; - des moyens de transmission (56) interposés entre les moyens de transformation (54) et une came (58) qui est montée pivotante autour d'un axe fixe (60) parallèle à l'arbre de commande (50) et suivant une direction orthogonale à l'axe X-X 15 de la soupape (28) dont elle commande la levée par l'intermédiaire de son profil de came (90) qui coopère avec l'extrémité supérieure (40, 42) de la soupape (28), - des moyens pilotés de réglage (68) agissant sur les moyens de transmission (56) du mouvement pour faire varier la 20 levée de la soupape (28), caractérisé en ce que les moyens de transmission (56) comportent une pièce de renvoi de mouvement (70) sur laquelle agissent les moyens pilotés de réglage (86) et sur laquelle est articulée un organe de sortie de mouvement (64) des moyens de 25 transformation (54), et une biellette (72) dont l'extrémité supérieure est articulée sur la pièce de renvoi (70) et dont l'extrémité inférieure est articulée sur la came (58). 2. Dispositif de commande (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de transformation (54) 30 comportent un ensemble manivelle-bielle (62, 64) dont l'extrémité libre inférieure (65) de la bielle (64) constitue l'organe de sortie de mouvement des moyens de transformation (54). BI 154 2849465 3. Dispositif de commande (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pièce de renvoi de mouvement (70) est de forme globalement triangulaire et comporte dans son angle supérieur un premier axe d'articulation (74) de l'organe de sortie (64) des moyens de transformation (54), dans son angle inférieur un deuxième axe d'articulation (76) de l'extrémité supérieure de la biellette (72) et dans son troisième angle, décalé longitudinalement par rapport aux angles supérieur et inférieur, un troisième axe d'articulation (78) des moyens pilotés de réglage 1o (68). 4. Dispositif de commande (10) selon la revendication 3 prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que la bielle (64) et la biellette (72) sont globalement alignées parallèlement à la droite (D) passant par l'axe d'articulation (66) de l'extrémité supérieure de la bielle (64) avec le bras de manivelle (62) et par l'axe d'articulation (80) de l'extrémité inférieure de la biellette (72) avec la came (58). 5. Dispositif de commande (10) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens pilotés de réglage (68) de la levée de soupape sont constitués par un levier (82) qui est monté pivotant autour d'un axe fixe (84), dont l'extrémité supérieure est articulée sur la pièce de renvoi (70) par le troisième axe (78) et dont l'extrémité inférieure est reliée à des moyens de commande (86) du pivotement du levier (82) autour de l'axe fixe (84). 6. Dispositif de commande (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de commande (86) du pivotement du levier (82) est un actionneur. 7. Dispositif de commande (10) selon l'une des 30 revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'axe de pivotement (84) du levier (82) est entre les extrémités supérieure et inférieure.