Brevet FR2868121A1 — publié le 20050930

DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT DE SOUPAPES La présente invention concerne un dispositif d'actionnement de soupape d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'actionnement de S soupape d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, dans lequel l'actionneur est un vérin hydraulique commandé par un distributeur et appuyant sur une queue de soupape. Il est connu d'utiliser des dispositifs d'actionnement de soupapes sans cames, dit camless . Ces dispositifs sont destinés à se substituer aux dispositifs mécaniques conventionnels de levée de soupapes qui comportent par exemple au moins un arbre à cames agissant directement ou indirectement sur les queues de soupapes. L'avantage bien connu de tels dispositifs est de pouvoir bénéficier de différentes lois de levée de soupapes, qui sont déterminées par une unité de commande en fonction du régime de rotation du moteur, de la charge demandée au moteur, de manière à optimiser le fonctionnement dudit moteur. Le document WO 02/46582 décrit un système d'actionnement de soupape de moteur. La soupape comporte un ressort de rappel permettant de la maintenir contre son siège. Le dispositif d'actionnement comporte un actionneur de type vérin dont la tige appuie sur la soupape, un circuit d'alimentation hydraulique haute pression de l'actionneur, et un circuit hydraulique basse pression de commande d'un distributeur du circuit haute pression. La levée de la soupape (c'est-à-dire que la soupape se lève de son siège et ouvre le conduit qu'elle obstrue) est provoquée par l'introduction de fluide sous pression dans la chambre du vérin, qui permet de déplacer le piston du vérin qui appuie sur la queue de la soupape. La pression établie momentanément dans la chambre du vérin vient contrer l'effort exercé par le ressort de rappel. Ensuite, en diminuant la pression dans la chambre du vérin, le ressort de rappel actionne la soupape qui pousse alors la tige et le piston dans le sens inverse et le fluide ressort de la chambre du vérin. Un tel système consomme beaucoup d'énergie, car il faut contrer le ressort de rappel pour provoquer la levée de la soupape, et cette consommation d'énergie s'ajoute aux pertes de charges du circuit hydraulique. De plus, le temps de réponse d'un tel système reste trop important, car le retour de la soupape est provoqué par le ressort qui doit en plus évacuer le fluide présent dans ta chambre du vérin. L'invention vise à pallier les inconvénients de l'état de la technique. Dans ce but elle fournit un dispositif d'actionnement d'une soupape d'un moteur à combustion interne, la soupape étant équipée d'un moyen élastique de rappel contre son siège, le dispositif comportant un vérin dans lequel coulisse un piston muni d'une tige appuyant sur la queue de la soupape, le vérin comportant une première chambre alimentée en fluide pour déplacer le piston de manière ä provoquer la levée de la soupape, une deuxième chambre alimentée en fluide et opposée à la première chambre, et un et un moyen élastique de poussée du piston opposé à la deuxième chambre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - fe moyen élastique de poussée du piston opposé à la deuxième chambre peut être disposé dans la première chambre du vérin. - chaque chambre peut présenter deux orifices de passage du fluide. - les moyens de commande du vérin peuvent comporter un distributeur à l'intérieur duquel se déplace une navette pour obturer et ouvrir les orifices de passage du fluide de manière à remplir une chambre pendant que l'autre se vide. - le distributeur peut comporter des moyens d'actionnement de la navette. Ces moyens d'actionnement peuvent être des électro-aimants. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la 20 description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple et nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés sur lesquels: - La figure 1 est un schéma du dispositif selon l'invention. - Les figures 2a, 2b, 2c,et 3a, 3b, 3c sont des schémas des différentes positions du piston du vérin et de la navette. - Les figures 4a et 4b sont des schémas représentatifs de la course du vérin. En référence à la figure 1, une soupape 3 coulisse dans une culasse 2 par l'intermédiaire d'un guide 4. Chaque soupape 3 est équipée d'un moyen élastique de rappel. Le moyen élastique de rappel est constitué d'un ressort hélicoïdal 5 de rappel appuyant d'une part sur la culasse 2 et d'autre part sur une coupelle 6 solidaire de la soupape 3. Ce moyen élastique de rappel maintient la soupape 3 sur son siège 2a lorsqu'il n'y a pas de sollicitations sur la queue de la soupape 3, ou bien que l'effort appliqué sur la queue de la soupape 3 est inférieur à l'effort généré par le ressort 5. Le dispositif d'actionnement 1 se fixe sur la culasse 2 d'un moteur à combustion interne. Il comprend un vérin 7 comportant un piston 8a solidaire d'une tige 8b concentrique au piston 8a dont l'extrémité est prévue pour appuyer sur l'extrémité de la queue de la soupape 3. Le vérin 7 comporte une première chambre 7a située au dessus du piston 8a, et une deuxième chambre 7b située au dessous du piston 8a. La 2868121 3 chambre 7b est traversée par la tige 8b. Chaque chambre 7a ou 7b présente deux orifices de passage du fluide: un orifice d'alimentation 10 et un orifice de refoulement ou de retour 11 en fluide pour la première chambre 7a, et un orifice d'alimentation 12 et un orifice de refoulement ou de retour 13 en fluide pour la deuxième chambre 7b. Les orifices de refoulement 11 et 13 sont disposés entre les orifices d'alimentation 10 et 12. Les orifices de refoulement 11 et 13 peuvent avoir des sections circulaires ou d'une autre forme permettant d'obtenir une décélération progressive du piston 8a et d'éviter ainsi un arrêt brusque. Etant donné que le dispositif d'actionnement 1 utilise des fluides incompressibles, le piston 8a s'arrête dès qu'il a complètement recouvert un des deux orifices de refoulement 12 et 13, et que le fluide ne peut plus s'évacuer dans l'une des deux chambres. Le vérin comporte également un moyen élastique de poussée du piston 8a. Le moyen élastique comporte un ressort hélicoïdal 9. Le ressort 9 compense l'effort provenant du ressort 5 de rappel de la soupape 3. Le ressort 9 est un ressort de levée de soupape vient contrer l'effort imposé â la soupape 3 par le ressort de rappel 5. Le vérin 1 comporte un couvercle fermant la première chambre 7a, et permettant le montage et le démontage du piston 8a et de sa tige 8b. Le dispositif d'actionnement comporte également un distributeur 14. Le distributeur 14 permet de diriger les débits de fluides dans les chambres du vérin 7. Le distributeur 14 communique avec les orifices d'alimentation 10 et 12 et les orifices de refoulement 11 et 13 du fluide dans les chambres 7a et 7b du vérin 7. Le distributeur 14 peut communiquer directement avec les orifices 10, 11, 12 et 13, c'est- à-dire que le distributeur 14 est directement intégré au vérin. 7. II peut aussi être séparé du vérin 7; dans ce cas, des tuyaux hydrauliques font la liaison entre le distributeur 14 et le vérin 7. Le distributeur comporte une navette 15 de forme cylindrique guidée en translation dans un alésage du distributeur 14. La navette 15 comporte deux parties cylindriques séparées par une partie cylindrique de diamètre inférieur. La navette se déplace entre une position haute et une position basse. La navette 15 se déplace en translation dans le distributeur 14 par l'intermédiaire 30 d'électro-aimants 19 disposés de part et d'autre de la navette 15. Les électro-aimants 19, par l'intermédiaire d'un champ magnétique, provoquent le déplacement de la navette 15 vers la position haute ou la position basse. La navette 15 est en matériau réagissant aux champs électromagnétique, par exemple en fer. Les électro-aimants 19 sont pilotés par un calculateur non représenté, en 35 fonction de plusieurs paramètres, comme par exemple le régime moteur, la charge moteur, la commande d'accélération, la température du moteur. 2868121 4 Les orifices 16 et 17 du distributeur 14 sont alimentés en fluide sous pression par un circuit hydraulique. Le circuit hydraulique comporte une crépine 21 récupérant par exemple de l'huile contenu dans la culasse 2. L'huile peut être une huile différente de celle du bas moteur, car on n'a plus besoin de lubrifier au niveau de la culasse. Le circuit hydraulique comporte également une pompe 20 qui aspire l'huile par l'intermédiaire de la crépine et qui la refoule sous pression sur la ligne d'alimentation des orifices 16 et 17. L'orifice de retour 18 est relié au circuit d'aspiration de la pompe 20. Le circuit de fluide sous pression peut comporter un régulateur de pression 22 lui 10 aussi piloté par le calculateur. Le fait d'ajuster la pression permet de faire varier la position de levée de la soupape 3. La séquence de la gauche vers la droite de la figure 2a, 2b et 2c montre la phase de levée de la soupape 3. Les zones de couleur grisée indiquent la présence de fluide sous pression. Sur la figure 2a, le piston 8a est d'abord en position haute et la navette 15 aussi. L'orifice d'alimentation 12 communique avec ['orifice 17 alimenté en fluide sous pression. La pression du fluide dans la chambre 7b contre l'effort du ressort 9. Quand la navette 15 passe en position basse sur la figure 2b, l'orifice d'alimentation 12 ne communique plus avec l'orifice 17. En revanche, l'orifice d'alimentation 10 communique avec l'orifice 16 alimenté en fluide sous pression, et l'orifice de refoulement 13 communique avec l'orifice de retour 18. Le piston 8a se déplace alors du haut vers le bas par l'intermédiaire du ressort 9 et de la pression dans la chambre 7a, et provoque la levée de la soupape 3 par l'intermédiaire de la tige 8b. Le piston 8a s'arrête dès qu'il obture l'orifice de refoulement 13, comme le montre la figure 2c. La séquence de la gauche vers la droite des figures 3a, 3b et 3c montre la phase de rappel de la soupape 3. Les zones de couleur grisée indiquent la présence de fluide sous pression. Sur la figure 3a, on retrouve la configuration de la figure 2c, c'est-à-dire que le piston 8a est en position basse et la navette 15 aussi. Sur la figure 3b, quand la navette 15 repasse en position haute, les orifices d'alimentation 10 de fa première chambre 7a et de refoulement 13 de la deuxième chambre 7b sont obturés. L'orifice d'alimentation 12 de la deuxième chambre 7b communique avec l'orifice 17 alimenté en fluide sous pression, et l'orifice de refoulement 11 de la première chambre 7a communique avec l'orifice de retour 18. Le piston 8a se déplace alors du bas vers le haut par l'intermédiaire du ressort de rappel 5 et de la pression du fluide dans la deuxième chambre 7b, alors que fa soupape 3 ne remonte que par l'intermédiaire du ressort 5 de rappel comme sur un système avec arbres à cames. Le piston 8a s'arrête dès qu'if obture l'orifice de refoulement 11, comme le montre la figure 3c. En cumulant les deux séquences, on obtient un cycle de levée et de rappel de la soupape 3. Les figures 4a et 4b montrent la position haute, la position basse et la course du piston 8a. Dans ce mode de réalisation, la course maximum du piston 8a peut être 5 donnée par la formule: Cmax=r11 +r13+D-e où 01 est le rayon de l'orifice 11, r13 est le rayon de l'orifice 13, D est l'entraxe des orifices 11 et 13, et où e est l'épaisseur du piston 8a. Les dimensions de la navette sont définies en fonction des dimensions et des positions des orifices 10, 11, 12 et 13. Pour la phase d'arrêt du moteur, le calculateur peut agir sur le limiteur de pression 22 et sur les électro-aimants 19 pilotant la navette 15 pour rééquilibrer les pressions dans les chambres du vérin 7. Sous l'action des ressorts 5 et 9, le piston 8a se positionne à mi-course. La soupape n'est donc pas en appui contre son siège. Les pistons du moteur non représentés présentent par conséquent des évidements recevant les soupapes 3 dans cette position. Avant le démarrage du moteur, le calculateur détermine à l'aide de capteurs la position du vilebrequin non représenté pour provoquer l'ouverture ou la fermeture de chaque soupape, ou de chaque paire de soupapes. Un des avantages de la présente invention est que la présence des ressorts 20 permet de réduire les pertes d'énergie dans le fluide, la pompe n'ayant à compenser que les pertes de charge des écoulements dans le circuit hydraulique. Un autre avantage est que les butées de l'actionneur représenté par le piston 8a ne sont pas des butées mécaniques, mais hydrauliques. Cet avantage apporte une plus grande fiabilité du dispositif d'actionnement de soupapes. Revendications 1) Dispositif d'actionnement (1) d'une soupape (3) d'un moteur à combustion interne, la soupape (3) étant équipée d'un moyen élastique de rappel contre son siège (2a), le dispositif (1) comportant un vérin (7) dans lequel coulisse un piston (8a) muni d'une tige (8b) appuyant sur la queue de la soupape (3), le vérin (7) comportant une première chambre (7a) alimentée en fluide pour déplacer le piston (8a) de manière à provoquer la levée de la soupape (3), caractérisé en ce que le vérin (7) comporte une deuxième chambre (7b) alimentée en fluide et opposée à la première chambre (7a), et un et un moyen élastique de poussée du piston (8a) opposé à la deuxième chambre (7b). 2) Dispositif d'actionnement (1) d'une soupape (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen élastique de poussée du piston (8a) opposé à la deuxième chambre (7b) est disposé dans la première chambre (7a) du vérin (7). 3) Dispositif d'actionnement (1) d'une soupape (3) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque chambre présente deux orifices de passage du fluide. 4) Dispositif d'actionnement (1) d'une soupape (3) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de commande du vérin (7) comportent un distributeur (14) à l'intérieur duquel se déplace une navette (15) pour obturer et ouvrir les orifices de passage du fluide de manière à remplir une chambre pendant que l'autre se vide. 5) Dispositif d'actionnement (1) d'une soupape (3) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le distributeur (14) comporte des moyens d'actionnement de 25 la navette (15). 6) Dispositif d'actionnement (1) d'une soupape (3) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement comportent deux électro-aimants (19) permettant de déplacer la navette (15). 7) Dispositif d'actionnement (1) d'une soupape (3) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur commandant les électroaimants (19) du moyen d'actionnement. 8) Dispositif d'actionnernent (1) d'une soupape (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen élastique de rappel comporte un ressort hélicoïdal (5), 9) Dispositif d'actionnement (1) d'une soupape (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen élastique de poussée du piston (8a) comporte un ressort hélicoïdal (9).