Brevet FR2880911A1 — publié le 20060721

Système de culbuteur pour moteur à combustion interne et dispositif de rouleau suiveur de came associé. La présente invention concerne le domaine des systèmes de culbuteurs utilisés pour la commande de soupapes dans les moteurs à combustion interne à pistons, notamment de véhicules automobiles, et des dispositifs de rouleaux suiveurs de cames associés. L'invention concerne plus particulièrement les systèmes de culbuteurs comprenant un corps formant levier et un dispositif de rouleau suiveur de came pourvu d'un arbre de support et d'un rouleau monté librement en rotation sur ledit arbre, le rouleau étant prévu pour coopérer par roulement avec une came d'un arbre à cames du moteur à combustion interne, de façon qu'une rotation de l'arbre à cames entraîne un pivotement périodique dudit corps pour actionner directement ou indirectement, via un poussoir, l'ouverture et la fermeture de soupapes du moteur. Sur les systèmes de culbuteurs et les dispositifs de rouleaux suiveurs de cames connus, le contact entre la came et le rouleau est un contact dit roulant afin de réduire le frottement entre lesdits éléments. Le rouleau se présente généralement sous la forme d'une bague annulaire, dont la surface extérieure roule sur la came, et pourvue d'un alésage formant palier lisse glissant pour un arbre de support monté directement sur le système de culbuteur ou par l'intermédiaire d'un élément mécanique supplémentaire, tel qu'un poussoir. Généralement, on prévoit une lubrification entre le rouleau et l'arbre le supportant, par exemple en utilisant des canaux de lubrification ménagés à l'intérieur dudit arbre et débouchant au niveau de sa surface cylindrique extérieure. Pour assurer la lubrification, il est également envisageable d'utiliser les projections d'huile servant à réduire les frottements entre la came et le rouleau, l'huile pénétrant par capillarité entre l'alésage du rouleau et l'arbre de support. Suivant les applications des dispositifs de rouleaux suiveurs de cames et en fonction de certains paramètres de fonctionnement, tels que le mode de lubrification, le lubrifiant utilisé, les charges appliquées, ou encore les rugosités des surfaces en contact, le couple de frottement entre le rouleau et l'arbre de support est supérieur à la force de friction tangentielle à la came et au rouleau qui permet l'entraînement du rouleau par la came. I1 se produit alors un glissement entre la came et la surface extérieure du rouleau ce qui engendre notamment une usure prématurée desdites pièces en contact, des pertes d'énergie ainsi que d'importants risques de grippage pouvant nécessiter le changement du dispositif. La présente invention vise donc à remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de rouleau suiveur de came performant et fiable. L'invention a également pour but de prévoir un dispositif de rouleau suiveur de came présentant une inertie relativement faible. A cet effet, le dispositif de rouleau suiveur de came pourvu d'un alésage prévu pour montage sur un arbre de support et d'une surface extérieure de contact avec une came d'un arbre à cames de moteur à combustion interne, ledit rouleau étant destiné à coopérer par contact roulant avec la came. La largeur de l'alésage est sensiblement inférieure à la largeur de la surface extérieure. Un tel dispositif de rouleau suiveur de came comprend un alésage présentant une dimension relativement restreinte et permettant ainsi de diminuer les surfaces de contact entre le rouleau et l'arbre mais également de favoriser l'efficacité de la lubrification prévue entre ledit rouleau et ledit arbre, ce qui permet la réduction du couple de frottement entre le rouleau et l'arbre. En d'autres termes, une telle disposition facilite la répartition du lubrifiant entre l'arbre de support et le rouleau, permettant ainsi de réduire sensiblement l'usure desdites pièces et d'éventuels risques de grippage. En outre, cette disposition permet de diminuer sensiblement les risques de glissement entre la came et le roulement engendrant une fiabilité accrue du dispositif. Par ailleurs, une telle conception permet d'optimiser les dimensions du rouleau et de réduire sensiblement la masse ainsi que l'inertie du dispositif. Dans un mode de réalisation préféré, le rapport entre la largeur de la surface extérieure et la largeur de l'alésage du rouleau est strictement supérieur à 1 et inférieur ou égal à 2,5. Avantageusement, le rapport entre la largeur de la surface extérieure et la largeur de l'alésage du rouleau est supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 2,5. La demanderesse a en effet observé, pour des applications du dispositif de rouleau suiveur de came pour un arbre à came de moteur à combustion interne, que le dimensionnement du rouleau avec un tel rapport permet une réduction significative du frottement entre le rouleau et l'arbre de support diminuant sensiblement les risques d'usure et de grippage, mais également les pertes d'énergie du dispositif. De préférence, le rouleau présente en section droite une première partie de largeur sensiblement égale à la largeur de la surface extérieure prolongée vers l'intérieur du rouleau par une seconde partie présentant une largeur sensiblement réduite. La seconde partie peut présenter un profil sensiblement tronconique. De préférence, le profil de la surface extérieure est de type logarithmique. Un tel profil permet, d'une part, d'obtenir une meilleure uniformisation des pressions de contact entre le rouleau et la came, favorisant ainsi la formation d'un film d'huile entre lesdites pièces afin d'éviter des phénomènes de grippage et d'usure prématurés, et d'autre part, d'optimiser les dimensions du rouleau afin d'obtenir un dispositif présentant une inertie relativement faible ainsi qu'une compacité radiale réduite. L'invention concerne également un système de culbuteur pour la commande de soupape d'un moteur de combustion interne, notamment de véhicule automobile, comprenant un corps et un dispositif de rouleau suiveur de came pourvu d'un alésage prévu pour montage sur un arbre de support et d'une surface extérieure de contact avec une came d'un arbre à cames de moteur à combustion interne, ledit rouleau étant destiné à coopérer par contact roulant avec la came. La largeur de l'alésage est sensiblement inférieure à la largeur de la surface extérieure. Ledit dispositif de rouleau suiveur de came est en contact indirect ou direct avec ledit corps de façon qu'une rotation de l'arbre à cames entraîne un pivotement périodique dudit corps. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un système de culbuteur selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe suivant l'axe II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue de détail de la figure 2; et -la figure 4 est un graphique illustrant l'évolution des pertes de puissance maximales entre des éléments du système de la figure 1, en fonction de leurs dimensionnements. Comme illustré sur la figure 1, le système de culbuteur, référencé 1 dans son ensemble, comprend un corps 2 de forme générale allongée, et un dispositif 3 de rouleau suiveur de came en contact avec ledit corps 2 par l'intermédiaire d'un poussoir 4. Le corps 2 comprend deux bras latéraux 5a, 5b et pivote autour de l'axe géométrique d'un arbre 6 transversal, les deux bras étant disposés de part et d'autre dudit arbre, perpendiculairement à un plan passant par l'axe de l'arbre et symétriquement par rapport audit plan. Ledit arbre peut être fixé de manière rigide dans un alésage du corps 2, par exemple par soudage, ou encore par emmanchement serré. L'extrémité du bras 5b du corps 2 comprend une saillie 7 dirigée verticalement vers le bas. La saillie 7, réalisée ici de façon monobloc avec le bras 5b, présente une surface inférieure convexe. La saillie 7, formant élément de poussée, est destinée à coopérer avec l'extrémité supérieure d'une tige de soupape 8 montée au niveau d'une culasse 9 d'un moteur de combustion interne (non représenté). La tige de soupape 8 comprend une plaque d'appui 10 fixée à proximité d'une extrémité supérieure de ladite tige et au voisinage de la saillie 7. Un ressort de rappel 11 est monté entre la plaque d'appui 10 et une surface supérieure de la culasse 9, ledit ressort venant en contact axial avec ladite plaque d'appui 10 et ladite surface 9. L'extrémité du bras 5a du corps 2 comprend une calotte 12 hémisphérique dont la concavité orientée vers le bas est destinée à coopérer avec une tige de poussée 13 du poussoir 4. Le poussoir 4 comprend également une chape 14 pourvue à une extrémité supérieure d'une calotte 15 hémisphérique dont la concavité est orientée vers le haut, ladite calotte coopérant avec une extrémité inférieure de la tige de poussée 13, les calottes 12 et 15 étant sensiblement alignées verticalement l'une par rapport à l'autre. Le dispositif 3 de rouleau suiveur de came comprend un rouleau 16 monté à une extrémité inférieure de la chape 14 par l'intermédiaire d'un arbre de support 17, d'axe 18. L'arbre de support 17 est fixé rigidement sur ladite chape 14. Le rouleau 16 est en contact avec une came 19 d'un arbre à cames 20 du moteur, ledit rouleau 16 étant monté à rotation sur l'arbre de support 17. Lors de la rotation du moteur, la came 19 en contact avec le rouleau 16 engendre alternativement un déplacement vertical vers le bas et vers le haut dudit rouleau 16, ainsi que le pivotement autour de l'axe 6 du corps 2 du système de culbuteur 1 par l'intermédiaire du poussoir 4 et, par conséquent, la descente de la tige soupape 8, la remontée de ladite tige de soupape 8 étant réalisée par le ressort de rappel 11. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir un système de culbuteur 1 de conception sensiblement différente, par exemple en disposant le dispositif 3 de rouleau suiveur de came au niveau du corps 2, l'arbre 6 pouvant former l'arbre de support du rouleau 16. Un tel système de culbuteur 1 permet une commande directe des soupapes du moteur. Comme illustré sur les figures 2 et 3, la largeur d'une surface extérieure 21 de contact du rouleau 16 avec la came 19, représentée schématiquement par la flèche 22, est sensiblement supérieure par rapport à la largeur d'un alésage cylindrique 23 dudit rouleau 16, ledit alésage 23 venant en contact glissant sur l'arbre de support 17. La largeur de l'alésage 23 est représentée schématiquement par la flèche 24. Le contact glissant entre l'alésage 23 du rouleau 16 et l'arbre de support 17 est lubrifié par de l'huile qui peut être introduite sous pression par des canaux de lubrification de l'arbre de support 17 (non représentés), la lubrification pouvant également se faire par barbotage ou aspiration. La surface extérieure 21 de contact du rouleau 16 avec la came 19 présente en section droite un profil de type logarithmique. En d'autres termes, le rayon de la génératrice de la surface extérieure 21 du rouleau 16 est plus grand dans la partie centrale dudit rouleau qu'au niveau de ses bords latéraux. Le rouleau 16 présente ici en section droite une première partie 25 annulaire, comprenant la surface extérieure 21, et prolongée vers l'intérieur par une seconde partie 26 comprenant l'alésage 23, la largeur de la seconde partie 26 décroissant progressivement en direction de l'axe 18 de l'arbre de support 17. En d'autres termes, la seconde partie 26 présente une forme générale tronconique s'évasant en direction de la came 19. Les première et seconde parties 25 et 26 sont monoblocs. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir un rouleau 16 présentant en section droite des première et seconde parties 25, 26 sensiblement différentes mais comprenant toutefois un rétrécissement de section au niveau de l'alésage 23. En effet, la demanderesse a déterminé que dans des conditions normales de lubrification, une réduction de la largeur de l'alésage 23 du rouleau 16 par rapport à la largeur de la surface de contact 21 dudit rouleau avec la came 19 permettait de réduire sensiblement le couple de frottement entre le rouleau 16 et l'arbre de support 17, cette conception facilitant en outre l'introduction de lubrifiant entre les surfaces de contact entre lesdits éléments et diminuant ainsi les risques d'usures prématurées, de grippage ainsi que les pertes d'énergies par frottement. Avantageusement, le rapport de largeur entre la surface de contact 21 et l'alésage 23 est strictement supérieur à une première borne valant 1 et strictement inférieur à une seconde borne valant 2,5. Sur la figure 4, la courbe 27 illustre l'évolution des pertes P de puissance maximales dûes au glissement du rouleau sur l'arbre de support en fonction du rapport R de largeur entre la surface extérieure de contact et l'alésage dudit rouleau. La courbe 27 décroît de façon sensiblement linéaire dans l'intervalle 1 à 2,5 de R, la valeur de la perte P de puissance étant sensiblement égale à 350 watts/mm2 pour un rapport R sensiblement supérieur à 1, et la valeur de la perte P de puissance étant très faible lorsque le rapport de largeur est voisin de 2,5. La décroissance de la courbe commence à s'infléchir à partir d'une valeur R voisine de 2. I1 existe une valeur optimale de R pour une application donnée, ici R=2,5, pour laquelle les pertes de puissance dues à la rotation du galet sont extrêmement faibles. Au-delà de cette valeur de R qui définit la limite exploitable de la courbe, il risque de se produire des problèmes de lubrification entre l'alésage 23 du rouleau 16 et l'arbre de support 17 dus à une trop faible largeur axiale de l'alésage et/ou une trop grande pression de contact, ces paramètres influant sur la formation et le maintien du film d'huile. La conception du dispositif de rouleau suiveur de came, et notamment d'un rouleau pourvu d'un alésage de largeur sensiblement inférieure à la largeur de la surface de contact dudit rouleau avec la came, permet ainsi de réduire de façon importante les pertes de puissance dûes au glissement entre le rouleau et l'arbre de support, 2880911 9 tout en obtenant un dispositif particulièrement compact, léger, performant et fiable. REVENDICATIONS 1/Dispositif de rouleau suiveur de came pourvu d'un alésage (23) prévu pour montage sur un arbre de support et d'une surface extérieure (21) de contact avec une came (19) d'un arbre à cames de moteur à combustion interne, ledit rouleau étant destiné à coopérer par contact roulant avec la came, caractérisé en ce que la largeur de l'alésage (23) est sensiblement inférieure à la largeur de la surface extérieure (21). 2/Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la largeur de la surface extérieure (21) et la largeur de l'alésage (23) du rouleau (16) est strictement supérieur à 1, et inférieur ou égal à 2,5. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit rapport est supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 2,5. 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rouleau présente en section droite une première partie (25) de largeur sensiblement égale à la largeur de la surface extérieure prolongée vers l'intérieur par une seconde partie (26) présentant une largeur sensiblement réduite. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde partie présente (26) un profil sensiblement tronconique. 6/Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil de la surface extérieure (21) est de type logarithmique. 7/ Système de culbuteur pour la commande de soupapes d'un moteur de combustion interne, notamment de véhicule automobile, pourvu d'un corps (2), d'un dispositif (3) de rouleau suiveur de came suivant l'une quelconques des revendications précédentes, ledit dispositif de rouleau suiveur de came étant en contact indirect ou direct avec ledit corps de façon qu'une rotation de l'arbre à cames entraîne un pivotement périodique dudit corps.