Brevet FR2882781A1 — publié le 20060908

L'invention concerne un dispositif commandant l'ouverture et la fermeture d'une ou de plusieurs soupapes d'un moteur à combustion interne à l'aide d'un arbre ayant des cames et à l'aide d'un nombre correspondant de culbuteurs montés basculants et ayant chacun deux extrémités dont l'une est destinée à suivre la circonférence d'une came correspondante et dont l'autre est destinée à agir sur une soupape correspondante pour l'ouvrir et pour la fermer. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant un tel dispositif. Les moteurs à combustion internes comprennent des moteurs à deux temps et des moteurs à quatre temps. Les moteurs à quatre temps àont équipés de soupapes destinées à réguler l'accès d'air frais à des chambres de combustion de ces moteurs ainsi que de soupapes destinées à réguler l'échappement des gaz brûlés de ces chambres de combustion. Habituellement, les soupapes d'un moteur sont commandées par un ou plusieurs arbres à cames. La forme des cames détermine la durée d'ouverture respectivement de l'admission d'air frais et de l'échappement de gaz brûlés. Et la position des cames d'un arbre à cames, les unes par rapport aux autres, détermine le moment d'admission d'air frais et le moment de reflux des gaz brûlés pour chacune des chambres de combustion du moteur à combustion interne. Habituellement, comme indiqué en début de la présente description, les cames agissent sur les soupapes par le biais de culbuteurs montés basculants sur un axe disposé parallèlement à l'arbre à cames. Chacun des culbuteurs a des extrémités opposées dont l'une est destinée à prendre appui sur une came correspondante et dont l'autre est destinée à agir sur une soupape correspondante pour l'ouvrir et pour la fermer. Plus précisément, la suite cinématique allant de l'arbre à cames jusqu'aux soupapes est aménagée de manière telle que lorsqu'un nez de came passe sous l'extrémité correspondante d'un culbuteur, l'autre extrémité appuie directement ou indirectement par une tige, sur la soupape pour l'ouvrir. Lorsque l'arbre à cames continue à tourner, le 2882781 2 nez de came avance vers une autre position angulaire et, à la place, un dos de la came vient se mettre sous l'extrémité correspondante du culbuteur. Selon la forme de la came, le dos de la came permet au culbuteur de retourner dans sa position initiale, et, en conséquence, de ne plus agir sur la soupape. Ainsi, la soupape ferme. Les culbuteurs étant habituellement réalisés en une seule pièce et étant de plus montés de manière à être en appui direct respectivement sur la came et sur la soupape qu'ils mettent en liaison fonctionnelle, les soupapes sont commandées de manière à ne prendre que l'une ou l'autre de deux positions qui sont l'ouverture ou la fermeture entière de la soupape. La rapidité avec laquelle une soupape change de l'état de fermeture entière à l'état d'ouverture entière et vice-versa dépend de la forme des cames. Cependant, les performances d'un moteur à combustion interne ne peuvent être optimales que lorsque le fonctionnement du moteur à combustion interne est adapté à chaque instant aux conditions variables sous lesquelles le moteur doit fonctionner. Un des paramètres ayant une influence sur les performances d'un moteur à combustion interne est le taux de remplissage de la chambre de combustion. Un autre paramètre est le nettoyage de la chambre de combustion des gaz brûlés. Pour varier la quantité d'air frais admis dans la chambre de combustion et pour adapter la durée d'ouverture de la soupape d'échappement à la quantité de gaz brûlés, il faut remplacer la commande habituelle des soupapes, qui ne connaît que les états d'ouverture entière et de fermeture entière, par un moyen permettant une commande plus flexible des soupapes. Le but de l'invention est de proposer des moyens permettant de s'affranchir des limitations indiquées plus haut. Le but de l'invention est atteint avec un dispositif commandant l'ouverture et la fermeture d'une ou de plusieurs soupapes d'un moteur à combustion interne à l'aide 2882781 3 d'un arbre ayant des cames et à l'aide d'un nombre correspondant de culbuteurs montés basculants et ayant chacun deux extrémités dont l'une est destinée à suivre la circonférence d'une came correspondante et dont l'autre est destinée à agir sur une soupape correspondante pour l'ouvrir et pour la fermer. Conformément à l'invention, chaque culbuteur comprend un premier et un second demi-linguets et un levier, le premier et le second demi-linguets étant montés pivotant, l'un par rapport à l'autre, sur un premier axe disposé sensiblement parallèlement à l'arbre à cames et passant par une de deux extrémités opposées du levier, l'autre extrémité du levier étant solidaire en rotation d'un second axe disposé parallèlement au premier axe et entraîné en rotation par des moyens d'entraînement commandés selon des conditions instantanées de fonctionnement du moteur à combustion interne afin d'obtenir un pivotement relatif entre le premier demilinguet et le second demi-linguet. Le dispositif de l'invention permet de varier la levée des soupapes en variant la géométrie des culbuteurs. La géométrie des culbuteurs est variée essentiellement en fonction du régime du moteur à combustion interne et de la charge exercée sur le moteur. La géométrie des culbuteurs est rendue variable en ne réalisant plus les culbuteurs en une seule pièce mais en les réalisant sous la forme de deux demilinguets montés pivotants l'un par rapport à l'autre sur un premier axe servant comme articulation entre les deux demilinguets. Le culbuteur entier forme un linguet. La variation de la géométrie du culbuteur réalisée en deux parties est obtenue en déplaçant l'axe d'articulation à l'aide d'un levier tournant dont la position angulaire est fonction, par exemple, du régime et de la charge du moteur à combustion interne. Pour le changement de la géométrie des culbuteurs, on exploite le fait que les culbuteurs sont en appui, par chacune des extrémités opposées, respectivement sur les cames et sur les soupapes. Ainsi, en déplaçant l'axe d'articulation 2882781 4 entre les deux parties d'un culbuteur considéré, on donne à ce culbuteur une géométrie de base qui diffère de la géométrie du culbuteur avant le déplacement de l'axe d'articulation du fait que l'on octroie aux deux demi- linguets, l'un par rapport à l'autre, une position angulaire relative nouvelle. Le choix du terme géométrie de base signifie que les culbuteurs du dispositif de l'invention n'ont pas une géométrie fixe qui serait maintenue pendant toute la durée de fonctionnement du moteur. Au contraire, le déplacement de l'axe d'articulation a pour effet que les deux parties d'un culbuteur, donc les deux demi-linguets, sont déviées l'une par rapport à l'autre à l'intérieur d'une plage de valeurs angulaires prédéterminée par la forme des demi-linguets et notamment par la forme des deux faces en regard de ces demi-linguets. Pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, les cames agissent systématiquement sur l'extrémité correspondante des culbuteurs pour les faire basculer et pour obtenir ainsi que l'autre extrémité des culbuteurs agisse sur les soupapes correspondantes pour les ouvrir. Lorsque les deux demi-linguets d'un culbuteur ont été mis, par rotation du levier, dans une nouvelle position angulaire relative de l'un par rapport à l'autre, l'action des cames sur les extrémités correspondantes des culbuteurs consiste à rendre cette déviation angulaire à zéro avant de pouvoir faire basculer le culbuteur et de le faire agir sur la soupape correspondante. En d'autres termes, la rotation du levier et donc le déplacement de l'axe d'articulation entre les deux demi- linguets d'un culbuteur ont pour objet d'engendrer un jeu angulaire entre les deux demi-linguets. Ce jeu angulaire est alors mis à zéro par l'action d'une came agissant sur ce culbuteur avant que la came ne puisse faire basculer le culbuteur de manière à agir sur une soupape correspondante pour l'ouvrir. La plage de jeu angulaire est prédéterminée librement entre une valeur minimale et une valeur maximale selon les 2882781 5 caractéristiques de fonctionnement du moteur à combustion interne et selon les conditions de fonctionnement pour lesquelles il doit être réglé. La valeur maximale de ce jeu angulaire entre les deux demi-linguets d'un culbuteur est choisie telle que l'action d'une came sur une extrémité correspondante d'un culbuteur soit entièrement utilisée pour rendre le jeu angulaire à zéro et qu'il n'y ait donc pas d'ouverture de la soupape correspondante. Le dispositif de l'invention permet ainsi de faire varier la levée des soupapes commandées, par un tel dispositif, entre une ouverture entière des soupapes, obtenue par une absence de modification de la position angulaire relative des deux demi-linguets des culbuteurs, ce qui rend possible une levée maximale des soupapes, et une absence d'ouverture des soupapes, obtenue par une modification maximale de la position angulaire relative des deux demilinguets des culbuteurs, donc de la géométrie de base de ceux-ci, ce qui empêche la moindre levée des soupapes. Afin de pouvoir mettre en uvre le principe de la présente invention efficacement, il est essentiel que les deux extrémités d'un culbuteur selon l'invention soit précontraintes par un ressort assurant le contact respectivement entre le premier demi-linguet et la came correspondante et entre le second demi-linguet et la soupape correspondante. Avantageusement, le premier et le second demi-linguets sont pourvus, chacun, sur des faces en regard, d'un logement destiné à recevoir ensemble un ressort hélicoïdal exerçant une précontrainte sur les deux demi-linguets afin d'assurer le contact indiqué ci-avant respectivement entre le premier demi-linguet et une came correspondante et entre le second demi-linguet et une soupape correspondante. Afin de pouvoir régler le jeu angulaire entre les deux parties d'un culbuteur selon l'invention, le levier est avantageusement entraîné en rotation par un moteur électrique pas à pas. 2882781 6 Dans la mesure où le fonctionnement du moteur à combustion interne est régulé par un ordinateur de bord installé dans le véhicule propulsé par le moteur à combustion interne, cet ordinateur de bord prenant en compte des conditions instantanées de fonctionnement du moteur telles que le régime du moteur à combustion interne et la charge que ce moteur subit, le moteur électrique pas à pas entraînant le levier en rotation est avantageusement relié à, et commandé par, cet ordinateur de bord. Le but de l'invention est également atteint avec un moteur à combustion interne comprenant un dispositif de l'invention décrit ci avant. En raison du fait que la levée des soupapes d'admission ne correspond pas nécessairement à la levée des soupapes d'échappement, il peut s'avérer utile que le moteur à combustion interne comprenne un premier dispositif selon l'invention pour commander les soupapes d'admission du moteur à combustion interne et un second dispositif selon l'invention pour commander les soupapes d'échappement du moteur à combustion interne. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention. Cette description est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente les deux parties d'un culbuteur selon l'invention en une vue éclatée, - la figure 2 montre le dispositif de l'invention dans une position de base, la soupape étant fermée, - la figure 3 montre le dispositif de l'invention dans une position de base, la soupape étant ouverte, - la figure 4 montre le dispositif de l'invention dans une configuration à jeu maximal, la soupape étant fermée, et - la figure 5 montre le dispositif de l'invention 35 dans une configuration dans laquelle le jeu angulaire est compensé et la soupape reste fermée. 2882781 7 La figure 1 montre un culbuteur selon l'invention sur la configuration duquel repose le principe de la présente invention. Le culbuteur du dispositif de la présente invention, destiné à commander l'ouverture et la fermeture d'une ou de plusieurs soupapes d'un moteur à combustion interne, comprend un premier demi-linguet 1 et un second demilinguet 2. Les deux demi-linguets 1, 2 sont destinés à être montés pivotants, l'un par rapport à l'autre, sur un premier axe X qui est destiné à être disposé sensiblement parallèlement à un arbre à cames destiné à commander le culbuteur. Les premier et second demi-linguets 1, 2 comportent chacun un logement 8 destiné à recevoir ensemble un ressort hélicoïdal nécessaire à la précontrainte des deux demi-linguets. La figure 2 montre l'ensemble des pièces formant le dispositif de l'invention. Le dispositif commandant l'ouverture et la fermeture d'une ou de plusieurs soupapes 6 d'un moteur à combustion interne à l'aide d'un arbre ayant des cames 5, comprend des culbuteurs C, qui sont montés basculants et qui ont chacun deux extrémités dont l'une 11 est destinée à suivre la circonférence d'une came 5 correspondante et dont l'autre est destinée à agir sur une soupape 6 correspondante pour l'ouvrir. La fin de l'action d'une extrémité sur une soupape correspondante conduit à sa fermeture. Chaque culbuteur C comprend un premier demi-linguet 1 et un second demilinguet 2 et un levier 3. Le premier et le second demi-linguet 1, 2 sont montés pivotants, l'un par rapport à l'autre sur le premier axe X disposé sensiblement parallèlement à l'arbre à cames portant les cames 5 et passant par une de deux extrémités opposées 31, 32 du levier 3. Cette première extrémité est référencée 31. L'autre extrémité du levier 3, référencée 32, est solidaire en rotation d'un second axe 33 disposé parallèlement au premier axe X. Le second axe 33 est entraîné en rotation par des moyens d'entraînement 4 tel un moteur électrique pas à pas qui est commandé selon des conditions instantanées de 2882781 8 fonctionnement du moteur à combustion interne afin d'obtenir un pivotement relatif entre le premier demi-linguet 1 et le second demi- linguet 2. Lorsque le culbuteur C se trouve dans sa configuration de base, le levier 3 est orienté suivant une direction indiquée dans la figure 2 par Alpha mini . De manière correspondante, le jeu entre le premier demi-linguet 1 et le second demi-linguet 2 a une valeur minimale indiquée à la figure 2 par Bêta mini . Dans une situation idéale, le jeu entre les deux demilinguets pourrait être à zéro. Toutefois, la présence d'un jeu minimal différent de zéro permet d'assurer une bonne fermeture de la soupape 6 sur un siège correspondant 7. L'arbre à cames se trouve par ailleurs dans une position angulaire, habituellement amené dans cette position par une courroie de distribution qui relie une poulie solidaire du vilebrequin du moteur à combustion interne à une poulie solidaire de l'arbre à cames. Dans la position représentée sur la figure 2 de la came 5, l'extrémité 11 du premier demilinguet 1 prend appui sur le dos de la came 5. En conséquence, la soupape est fermée. Lorsque l'arbre à cames poursuit sa rotation, la came se trouve, un moment donné, dans une position où l'extrémité 11 du premier demi-linguet 1 prend appui sur le nez de la came 5. Cette situation est représentée sur la figure 3. La situation du dispositif de l'invention représentée sur la figure 3 est la suivante. En raison de l'action de la came 5, et plus précisément du nez de la came 5, sur le premier demilinguet 1, le jeu entre les deux demi-linguets 1, 2 est réduit à zéro. Le levier reste dans sa position de base indiquée par l'orientation Alpha mini . Le culbuteur C est alors amené à basculer entièrement comme s'il était réalisé en une seule pièce, et la soupape 6 s'ouvre entièrement. Cette ouverture complète est indiquée sur la figure 3 par la levée maximale L. La figure 4 représente le dispositif de l'invention dans une configuration dans laquelle le jeu entre le premier 2882781 9 demi- linguet 1 et le second demi-linguet 2 est maximal, ce qui est représenté sur la figure 4 par l'indication Bêta maxi . Ce jeu maximal est obtenu par une rotation du levier 3 autour d'un angle indiqué sur la figure 4 par Alpha maxi . Le changement de position angulaire du levier 3 est obtenu par le moteur électrique pas à pas 4 qui agit sur le levier 3 à l'aide d'un système de roue et vis sans fin. En même temps, l'arbre à cames est dans une position telle que l'extrémité 11 du premier demi-linguet 1 est en appui sur le dos de la came 5. En conséquence, la soupape 6 est fermée. Lorsque l'arbre à cames continue à tourner, il arrive à une position angulaire représentée sur la figure 5. Selon la configuration représentée sur la figure 5, la came 5 est dans une position angulaire telle que l'extrémité 11 du premier demi-linguet 1 prend appui sur le nez de la came 5. Toutefois, en raison du jeu maximal préalablement ajusté par le moteur 4, entre le premier demi-linguet 1 et le second demi-linguet 2, l'action de la came 5, ou plus précisément l'action du nez de la came 5, sur le premier demi-linguet 1 ne sert qu'à réduire le jeu entre les deux demi-linguets 1, 2 à une valeur minimale ou même à zéro. En conséquence, la soupape 6 reste fermée, la levée de soupape ayant été compensée entièrement par la réduction du jeu angulaire. Avantageusement, le jeu angulaire entre les deux demi-linguets 1, 2 ne sera pas zéro, mais une valeur minimale subsistera afin de permettre une bonne fermeture de la soupape 6 sur son siège 7. Bien que cela ne ressorte pas des dessins, il convient de préciser que l'arbre de commande représentant le second axe 33 est constitué de plusieurs éléments fixés entre eux avant rectification de l'ensemble pour permettre un montage aisé des demi-linguets 1, 2. REVENDICATIONS 1. Dispositif commandant l'ouverture et la fermeture d'une ou de plusieurs soupapes (6) d'un moteur à combustion interne à l'aide d'un arbre ayant des cames (5) et à l'aide d'un nombre correspondant de culbuteurs (C) montés basculants et ayant chacun deux extrémités (11) dont l'une {11) est destinée à suivre la circonférence d'une came (5) correspondante et dont l'autre est destinée à, agir sur une soupape (6) correspondante pour l'ouvrir et pour la fermer, caractérisé en ce que chaque culbuteur (C) comprend un premier et un second demi-linguets (1, 2) et un levier (3), le premier et le second demi-linguets (1, 2) étant montés pivotant, l'un par rapport à l'autre, sur un premier axe (X) disposé sensiblement parallèlement à l'arbre à cames et passant par une (31) de deux extrémités opposées (31, 32) du levier. (3), l'autre extrémité (32) du levier (3) étant solidaire en rotation d'un second axe (33) disposé parallèlement au premier axe (X) et entraîné en rotation par des moyens d'entraînement (4) commandés selon des conditions instantanées de fonctionnement du moteur à combustion interne afin d'obtenir un pivotement relatif entre le premier demilinguet (1) et le second demi- linguet (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le second demi-linguets (1, 2) sont conformés, sur des faces en regard, pour limiter le pivotement relatif entre eux à une plage de jeux angulaires comprise entre une valeur minimale (Bêta mini) et une valeur maximale (Bêta maxi). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier et le second demi-linguets (1, 2) sont précontraints par un ressort assurant le contact entre le premier demi-linguet (1) et la came (5) correspondante et entre le second demi-linguet (2) et la soupape (6) correspondante. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier et le second demi- 2882781 11 linguets (1, 2) sont pourvus chacun, sur des faces en regard, d'un logement (8) destiné à recevoir un ressort hélicoïdal exerçant une précontrainte sur les deux demi-linguets (1, 2) afin d'assurer le contact entre le premier demi-linguet (1) et la came (5) correspondante et entre le second demilinguet (2) et la soupape (6) correspondante. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le levier (3) est entraîné en rotation par un moteur électrique (4) pas à pas. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moteur électrique (4) est relié à, et commandé par, un ordinateur de bord du véhicule propulsé par le moteur à combustion interne, l'ordinateur de bord prenant en compte des conditions instantanées de fonctionnement telles que le régime du moteur à combustion interne et la charge que ce moteur subit. 7. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un premier dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour commander les soupapes d'admission du moteur à combustion interne et un second dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 pour commander les soupapes d'échappement du moteur à combustion interne.