Brevet FR2868494A1 — publié le 20051007

L'invention concerne un mécanisme de décalage angulaire d'une transmission rotative, dans son application générale. Ici dans le détail, elle est plus spécialement développée à l'usage de l'entraînement de la distribution d'un moteur à combustion interne à pistons et soupapes. Dans cette utilisation particulière, elle intervient dans la relation établie par la transmission entre le vilebrequin d'un moteur et le ou les arbres à cames qui commandent l'ouverture des soupapes. La transmission habituelle peut être simple avec une entrée de mouvement sur le vilebrequin et une sortie sur l'arbre à cames reliées par un élément de transmission. Elle comprend alors un calage fixe qui détermine l'ouverture et la fermeture des soupapes au moment moyennement le plus opportun grâce à l'utilisation de roues dentées et d'une chaîne ou d'une courroie,et de tendeurs fixes ou mobiles. Cette transmission peut comprendre aussi une deuxième entrée qui modifie, selon les besoins, le calage initial en cours de fonctionnement l'optimisant en permanence. La technique antérieure, riche de solutions pour modifier le calage en cours de fonctionnement, comprend essentiellement des systèmes qui agissent directement sur l'assemblage de la roue dentée avec l'arbre à cames par le biais, par exemple, d'un arbre à rainures hélicoïdales sur lequel est monté un élément de liaison intermédiaire, en déplacement axial, constitué d'un arbre creux assemblé dans une succession de deux emboîtements coaxiaux rainurés. Cette pièce constitue la deuxième entrée, elle est mise en mouvement sous l'action d'une poussée hydraulique axiale pour modifier continûment le calage, chez BMW avec le système Vanos ou différemment avec deux calages prédéterminés chez MERCEDES. Très différent, le système du brevet READ, tombé dans le domaine public, agit sur la longueur des brins de liaison d'une courroie entre la poulie du vilebrequin et celles des arbres à cames ou encore sur la chaîne dans une application de PORSCHE avec le système Variocam. Les deux systèmes n'établissent pas des actions inverses identiques sur le brin menant et sur le brin mené, aussi ils nécessitent l'emploi d'un tendeur mobile qui corrige cette discontinuité dans la relation des variations due à une géométrie imparfaite de la cinématique d'ensemble. La solution techniques proposée est un perfectionnement apporté au système READ. Elle permet d'augmenter l'amplitude de l'action sur les brins menants et menés, et le décalage angulaire qui en découle, en réduisant la course de la commande et en supprimant le tendeur de correction géométrique de l'allongement du parcours. Ce mécanisme comprend donc des éléments d'appui mécaniques (4), de mise en tension, disposés sur le brin menant et sur le brin mené à l'intérieur ou à l'extérieur et au milieu de la boucle de transmission (3) constituée d'une courroie ou d'une chaîne et de roues. Ces éléments d'appui couplés ou triplés intègrent habituellement un mécanisme extenseur de correction de la mauvaise géométrie d'ensemble afin d'assurer une tension permanente de la boucle de transmission, pendant qu'ils se déplacent ordinairement perpendiculaire au cheminement des brins. Le mécanisme de l'invention comprend une commande qui, distinctement, agit parallèlement au cheminement d'une courroie (3) ou d'une chaîne de transmission disposée sur les roues (1 et 2) et éventuellement sur la roue (5), grâce aux galets (4) qui la complètent et qui permettent d'obtenir une ou des développantes (f et f') de l'angle de correction supérieures à la course de la commande dans une cinématique similaire à celle d'un palan. La disposition des éléments d'appui (4) assure la tension du brin menant et du brin mené dans un assemblage original constitué par un lien fixe (6) de positionnement entre eux. Disposée judicieusement une roue supplémentaire (5) peut être ajoutée dans la cinématique pour définir un parcours particulier de la chaîne, ou de la courroie, de transmission l'amenant à des cheminements sensiblement parallèles. Le déplacement du couple d'éléments d'appui tendeurs disposés à l'extérieur de la boucle de transmission entre l'arbre menant et l'arbre mené peut être réalisé de préférence dans une disposition particulière, fortement décentrée, qui permet d'obtenir une action optimale sur l'allongement du brin menant. Les éléments d'appui (4), peuvent être disposés différemment sur l'intérieur de la boucle de transmission (3), et permettre de reproduire la particularité innovante du système soit un allongement ou un rétrécissement des brins dans le sens de leur cheminement directement autour d'une roue d'entrée (1) ou de sortie (2) de mouvement de transmission par un effet d'enroulement. Les éléments d'appui tendeurs, bien qu'accouplés par un lien fixe, peuvent éventuellement disposer d'une liberté de mouvement suffisante pour assurer la mise en place et la tension de l'élément de transmission avant blocage sur leur support (6). Grâce à la qualité de la géométrie de la cinématique qui autorise l'emploi de tendeurs bloqués sur leur support et, du fait, à l'absence d'allongement du parcours de l'élément de transmission pendant le déphasage qui autorise, seul, son propre allongement dû à l'usure, il est possible cette fois de contenir cet écart géométrique par un tendeur rendu mobile (5 ou 4) qui peut alors disposer, du fait, d'une course réduite limitée à ce seul besoin et d'éviter un saut de dents redouté lié à une trop grande amplitude de déplacement de cet organe lors d'une contre rotation accidentelle. La commande de translation ou de rotation du chariot (6) est de même obtenue, pour maintenir le calage, au moyen d'une cinématique irréversible. Ces éléments d'appui tendeurs (4) agissent habituellement simultanément sur le brin menant et le brin mené et disposent d'un élément extenseur, désolidarisé du premier, qui assure la correction géométrique sur le brin mené nécessaire à l'évolution non symétrique de l'allongement d'un brin lors du raccourcissement de l'autre. Dans l'invention, comme il a été dit, l'assemblage de ces éléments mécaniques d'appui sont constitués de préférence par deux roues (4) qui, avantageusement, sont montées accouplées de manière remarquable par un simple lien fixe, sur une platine d'un chariot (6) porteur par exemple, mis en translation ou en rotation par la commande (7-10-11-12). 2868494 -3 Habituellement les éléments de mise en tension des brins menants et menés peuvent être assemblés dans une disposition intérieure ou extérieure sur la boucle de transmission pour les écarter assez fortement et transversalement par une poussée perpendiculaire à leur cheminement le plus court. Dans une configuration propre à l'utilisation d'un mouvement de translation du chariot de la commande (6) le système proposé se caractérise par l'ajout d'une roue (5) pour modifier le cheminement de l'élément de transmission (3) et par l'axe de cette roue additionnelle qui est disposé de préférence pour former géométriquement avec l'axe du vilebrequin et sa roue (1) la base, et, avec l'axe de l'arbre à cames et sa roue (2) en complément, un triangle sensiblement isocèle dans la disposition la plus judicieuse. A un autre usage cette roue additionnelle, réglable sur son support, permet aussi la mise en tension de l'élément de transmission,dans une position fixe, ou mobile sous une contrainte dans une course très limitée. Habituellement les éléments de mise en tension des brins menants et menés peuvent être assemblés dans une disposition intérieure ou extérieure sur la boucle de transmission pour les écarter assez fortement et transversalement par une poussée perpendiculaire à leur cheminement le plus court. Ici, la position fortement décentrée du couple d'éléments d'appui (4) prés de la roue (1) de transmission du vilebrequin et de celle additionnelle (5) permet d'obtenir une action sur l'allongement du brin menant par un déplacement dans le sens de son cheminement, dans un mouvement de translation assuré par un chariot (6), monté sur glissière (s) (8), comprenant une platine sur laquelle sont fixés, immobilisés, deux galets réglables constituant les appuis (4) pour une transmission par courroie (3) ou des roues dentées pour une transmission par chaîne. Les deux éléments d'appui (4) constitués de préférence par des roues peuvent être différemment mis en déplacement par l'intermédiaire d'un support (6) disposé sur un axe géométrique (0) commun à celui de rotation du vilebrequin et de la roue (1) afin d'intervenir directement dans le sens du cheminement de la boucle de transmission (3). L'axe de rotation du support peut être disposé différemment en (O'), cette fois sous celui de l'axe du vilebrequin, dans une configuration proche. Le support (6) peut être mis en mouvement de translation sur des glissières (8) par une commande activée par l'intermédiaire d'un système à vis (11) et écrou ou mis en rotation par un système à secteur denté (12) et vis sans fin (11) pour obtenir dans les deux cas une irréversibilité de l'entraînement. L'énergie de rotation de la vis (11) est obtenue par l'aide d'un moteur électrique (10) ou dérivée de la commande de variation de la course des pistons d'un moteur à cylindrée variable. Une troisième entrée pour modifier le calage par l'intermédiaire d'un actuateur comprend une cinématique qui permet de désolidariser la commande du déphaseur d'arbre à cames de celle de la variation de la course d'un moteur à cylindrée variable afin de gérer ponctuellement, indépendamment de la variation de la cylindrée, le calage de l'arbre à cames. Une bague filetée (13) vissée sur l'arbre fileté (11) (commun aux commandes de la variation de la cylindrée et du calage) 2868494 -4 libre en rotation sur le bras de commande (7) du déphaseur par un montage en encastrement cylindrique et maintenue axialement par des butées qui peuvent être des circlips montés sur cette dernière. La bague filetée peut être mise en mouvement grâce à un engrènement irréversible constitué d'une vis sans fin (15) entraînée par un moteur (10) et d'une roue dentée (14) solidaire de la bague (13) dans la figure 6. Cette même bague (13), utilisée seule, peut servir simplement au calage initial de la distribution en ajoutant à l'encastrement à emmanchement cylindrique un blocage par pincement pour assurer un réglage micrométrique. La figure 1 représente la roue dentée (1) entraînée par l'arbre du vilebrequin qui transmet sa rotation grâce à l'élément de transmission en boucle (3) à la roue dentée (2) et l'arbre à cames sur lequel elle est montée. Une roue libre (5) ou d'entraînement d'accessoires définit le parcours de l'élément de transmission, et des galets (4) couplés assurent la géométrie de la cinématique et le décalage angulaire entre les deux arbres des roues (1) et (2) par une translation. L'élément de transmission (3) approprié à cette disposition cinématique peut être une courroie crantée. La figure 2 définit les lignes de parcours des points (b) et (b') mis en rotation autour des points (a) et (a'), choisis pour simplifier l'analyse. Le tracé (d) représente le déplacement des points (b) et (b') pendant la translation rectiligne des galets (4) dont le sens est représenté par des flèches. Des tangentes (e) à ces tracés permettent d'apprécier le jeu des écarts géométriques sur ce parcours (f) limité à 12 vilebrequin de correction par rapport à un tracé idéal qui assurerait un allongement d'un brin proportionnellement au raccourcissement de l'autre. Moins d'un millimètre d'écart est cependant à observer sur une réalisation à l'échelle d'un moteur automobile pour un décalage total des deux géométries de 40 avec une course plus courte que sur cette figure pour cette partie de la cinématique. La figure 3 représente l'autre aspect géométrique de la même translation sur le décalage des deux arbres des roues (1) et (2). Les deux points (c) et (c') sont déplacés dans le sens normal du cheminement des brins de l'élément de transmission (3). La relation entre ces deux points est de raison inverse, assurant ainsi aucun écart de tension. En (f) la figure à l'échelle 25/100 est obtenu un décalage de 48 vilebrequin qui s'ajoute à celui moins important de 12 de la figure 2 pour la même translation dû à une cinématique moins performante, avec cependant des écarts de tension minimisés par le très fort éloignement des galets (4) de la roue (2) et par la course de translation réduite qui est due à la performance de la cinématique de la figure 3 qui lui est associée. La figure 4 représente la même géométrie de la cinématique définie dans la figure 1, dans une autre disposition, avec les galets (4) de déphasage prés de la roue (2) d'arbre à cames et d'une roue (5) de mise en configuration, en roulement libre, sur l'axe d'un deuxième arbre à cames. Les galets (4) sont montés sur un support (6) et mis en translation sur une glissière (8) par un bras de manoeuvre (7) et un mécanisme à vis (11) et écrou. La vis est mise en rotation par un moteur électrique (10). La figure 5 reprend la disposition cinématique de la figure 1 mais cette fois le chariot qui constitue le support (6) n'est plus mis en translation sur une glissière pour être mis en mouvement 5 autour d'un axe (O'). La figure 6 représente la cinématique d'un actuateur qui permet de désolidariser la commande du déphaseur d'arbre à cames de celle de la variation de course d'un moteur à cylindrée variable pour gérer ponctuellement le calage. La figure 7 reprend l'action des galets déphaseur dans le sens du cheminement de l'élément 10 de transmission (3), ici dans une rotation autour de la rpue (1) d'entrée du mouvement de la transmission. La figure 8 illustre l'effet d'enroulement du mécanisme de la figure précédente autour de l'entrée du mouvement (1). L'action du galet (4) dans le sens du cheminement de la chaîne (3) génère deux développantes de courbes (f et f') qui s'additionnent avec une quasi parfaite symétrie d'action inverse sur l'autre brin par l'autre galet. La figure 9 représente une autre cinématique proche de celle décrite dans la figure précédente. Le support (6) des galets (4) effectue une rotation autour d'un axe distinct (O') toujours dans un mouvement d'enroulement autour de la roue (1) d'entrée de mouvement. La géométrie d'ensemble demeure suffisante avec une très légère irrégularité d'action inverse sur les brins menant et mené facilement absorbée par 1' élasticité propre des éléments de transmission (3) habituellement employés. Un mode de réalisation de l'invention peut être repris parmi les planches à la figure 6 pour détailler une construction simple permettant d'optimiser le concept de 1' allongement du brin menant par une action directe de la commande dans le sens de son cheminement, tangentiellement comme le ferait un Yo-Yo, par opposition à l'action radiale d'un diabolo sur sa ficelle représenté par le système READ, de plus, avec une symétrie inverse parfaite de l'action simultanée obtenue sur le brin mené excluant, ici encore, la nécessité d'employer un tendeur annexe ou un montage élastique des galets (4), pour l'utilisation d'une courroie crantée comme élément de transmission (3) par exemple. Ici le chariot (6) qui constitue le support des galets (4) est mis en rotation autour de l'axe géométrique (0) commun à l'arbre du vilebrequin et à sa roue (1) d'entrée de mouvement. L'axe de rotation du chariot, sous sa forme mécanique, est constitué par un palier solidaire de ce dernier venant s'articuler sur un arbre creux et fixe solidaire du bâti et coaxial à l'arbre du vilebrequin. Un secteur denté (12) solidaire du chariot (6) assure son basculement grâce à un engrènement sur la vis (11) mise en rotation par le moteur (10). Des tendeurs (9) assurent le guidage et le rattrapage de jeu d'allongement des brins, dû à l'usure, pour l'utilisation d'une chaîne (3) comme élément de transmission. Le graissage est obtenu alors par projections à l'intérieur du carter de distribution de la chaîne et par bain dans le carter inférieur du moteur. Pour une application industrielle, le système présenté dans la description sous ses différentes formes a l'avantage d'utiliser des galets tendeurs standard peu coûteux et de faire une grande économie de moyens par la simplicité de la réalisation et par le peu d'usinage nécessaire à la fabrication des pièces. Son utilisation est bien appropriée aux moteurs à combustion interne à pistons et soupapes cependant cet emploi n'exclue pas pour autant d'autres applications, pour des machines outils par exemple, ou pour toutes les transmissions où il y a nécessité de faire varier le calage initial. Pour une application précise, la cinématique de la figure 1 est particulièrement appropriée au besoin d'un moteur à pistons à course variable qui peut par sa conception entraîner un décalage continu des points morts en variant la course. La commande du type de la figure 4 peut être parfaitement adaptée pour corriger ce décalage inopportun, couplée à la commande de la variation des courses, animée par le même arbre rotatif et sa vis (11). REVENDICATIONS 1) Mécanisme de décalage angulaire d'une transmission rotative, dans une application non limitée, plus spécialement développé pour être utilisé dans l'entraînement d'une distribution d'un moteur à combustion interne à pistons et soupapes, qui comprend des éléments d'appui mécaniques (4) de mise en tension disposés sur le brin menant et sur le brin mené à l'intérieur ou à l'extérieur et au milieu de l'élément de transmission (3) constituée d'une courroie ou d'une chaîne, ces éléments d'appui couplés ou triplés intègrent habituellement un mécanisme extenseur de correction de la mauvaise géométrie d'ensemble afin d'assurer une tension permanente de la boucle de transmission pendant qu'ils se déplacent, ordinairement, perpendiculairement au cheminement des brins, ce mécanisme de déphasage est caractérisé par une commande qui agit, différemment, parallèlement au cheminement de l'élément de transmission (3) par des éléments d'appui (4) qui permettent d'obtenir une ou des développantes (f et f') de l'angle de correction supérieure(s) à la course de la commande dans une cinématique similaire à celle d'un palan, caractérisé de même par la disposition des éléments d'appui (4) qui assurent la tension du brin menant et du brin mené dans un assemblage original constitué par un lien fixe (6) de positionnement entre eux, caractérisé aussi par le fait que disposée judicieusement une roue supplémentaire (5) peut être ajoutée dans la cinématique pour définir un parcours particulier de l'élément de transmission (3) l'amenant à des cheminements sensiblement parallèles, caractérisé par le fait que le déplacement du couple d'éléments d'appui tendeur disposés à l'extérieur de la boucle de transmission (3) entre l'arbre menant et l'arbre mené dans une position particulière, fortement décentrée, permet d'obtenir une action optimale sur l'allongement du brin menant, ou de même caractérisée encore par le fait que les éléments d'appui (4) peuvent être disposés cette fois sur l'intérieur de la boucle de transmission (3) et permettre de reproduire la particularité innovante du système soit un allongement ou un rétrécissement des brins dans le sens de leur cheminement, de manière différente, directement autour d'une roue (1) d'entrée ou de sortie (2) de mouvement de transmission par un effet d'enroulement, caractérisé aussi par le fait que les éléments d'appui tendeurs bien qu'accouplés par un lien fixe peuvent éventuellement disposer d'une liberté de mouvement suffisante pour assurer la mise en place et la tension de l'élément de transmission (3) avant blocage sur leur support (6), ou distinctement caractérisé grâce à la qualité de la géométrie de la cinématique qui autorise l'emploi de tendeurs (4 et 5) bloqués sur leur support et, du fait, à l'absence d'allongement du parcours de l'élément de transmission (3) pendant le déphasage qui autorise, seul, son propre allongement dû à l'usure, pouvant être contenu pour ce besoin par un tendeur rendu mobile qui peut alors disposer, du fait, d'une course réduite limitée à ce seul besoin ce qui permet d'éviter un saut de dents redouté lié habituellement 2868494 -8- à une trop grande amplitude de déplacement de cet organe lors d'une contre rotation accidentelle. 2) Mécanisme selon la revendication 1 comprenant des éléments d'appui tendeurs (4) agissant simultanément sur le brin menant et le brin mené et disposant habituellement d'un élément extenseur, désolidarisé du premier, qui assure la correction géométrique sur le brin mené nécessaire à l'évolution non symétrique de l'allongement d'un brin avec le raccourcissement de l'autre caractérisé par l'assemblage de ces éléments d'appui (4) constitués de préférence par deux roues qui, avantageusement, sont montée accouplées de manière remarquable par un simple lien fixe sur une platine d'un chariot porteur (6), par exemple, mis en translation ou en rotation par la commande (7 10 11 et 12). 3) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé, dans une configuration propre à l'utilisation d'un mouvement de translation du chariot (6) de la commande, par l'ajout d'une roue (5) pour modifier le cheminement de l'élément de transmission (3) et par l'axe de cette roue additionnelle qui est disposé de préférence pour former géométriquement avec l'axe du vilebrequin et sa roue (1) la base, et, avec l'axe de l'arbre à cames et sa roue (2), en complément, un triangle sensiblement isocèle dans la disposition la plus judicieuse, et à un autre usage, cette roue peut être réglable sur son support et permettre la mise en tension de l'élément de transmission dans une position fixe, ou mobile sous contrainte dans une course très limitée. 4) Mécanisme selon la revendication 1 caractérisé par une position fortement décentrée des éléments d'appui (4) disposés prés de la roue de transmission (1) du vilebrequin et de celle additionnelle (5) afin d'obtenir une action sur l'allongement du brin menant et sur le raccourcissement du brin mené par un déplacement dans le sens de leur cheminement, dans un mouvement de translation assuré par un chariot (6), monté sur une ou des glissières (8) , comprenant une platine sur laquelle sont assemblés immobilisés, deux galets réglables constituant les appuis (4) pour une transmission par courroie ou des roues dentées pour une transmission par chaîne. 5) Mécanisme selon la revendication 1 et 4 comprenant une commande sur laquelle sont montés des éléments d'appui (4) mis en déplacement pour obtenir l'allongement d'un brin d'un élément de transmission (3) et le raccourcissement d'un autre, caractérisé par les deux éléments d'appui constitués de préférence par des roues mises différemment en déplacement par l'intermédiaire d'un support (6) disposé sur un axe géométrique (0), pouvant être commun à celui de rotation du vilebrequin et de la roue (1), afin d'intervenir directement dans le sens du cheminement de la boucle de transmission (3) ; l'axe de rotation du support pouvant être disposé aussi différemment en (0'), cette fois sous celui de l'axe du vilebrequin (0) dans une configuration proche. 2868494 -9- 6) Mécanisme selon la revendication 1 comprenant une commande avec un support commun pour les éléments d'appui sur la boucle de transmission caractérisé par le fait que ce support peut être mis en translation par l'intermédiaire d'un système à vis et écrou ou mis en rotation par un système à secteur denté et vis sans fin pour obtenir dans les deux cas une irréversibilité d'entraînement, l'énergie de rotation de la vis 11 étant obtenue par l'aide d'un moteur électrique ou dérivée de la commande de variation de la course des pistons d'un moteur à cylindrée variable. 7) Mécanisme selon la revendication 1 et 6 comprenant une commande disposant d'un moyen de l'activer caractérisé par l'utilisation d'un actuateur supplémentaire qui présente une cinématique permettant de désolidariser la commande du déphaseur d'arbre à cames de celle de la variation de la course d'un moteur à cylindrée variable afin de gérer ponctuellement, indépendamment de la variation de la cylindrée, le calage de l'arbre à cames en utilisant pour cela une bague filetée (13) vissée sur l'arbre fileté (11) (commun aux commandes de la variation de la cylindrée et du calage) libre en rotation sur le bras de commande (7) du déphaseur par un encastrement cylindrique et maintenue axialement par des butées qui peuvent être des circlips montés sur cette dernière, elle peut être mise en mouvement grâce à un engrènement irréversible composé d'une vis sans fin (15) entraînée par un moteur (10) et d'une roue dentée (14) solidaire de la bague filetée (13), utilisée seule, cette dernière peut servir simplement au calage initial de la distribution en ajoutant à l'encastrement à emmanchement cylindrique un blocage par pincement qui assure un réglage micrométrique.