Brevet FR2917119A1 — publié le 20081212

Ensemble d'une soupape de moteur à combustion interne sans arbre à cames et d'un actionneur La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne. La présente invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion interne comprenant un dispositif d'admission d'un mélange air/carburant et un dispositif d'échappement des gaz brûlés. Ces dispositifs sont disposés dans une culasse du moteur en communication fluidique avec au moins un cylindre, alésé directement dans un bloc moteur. Le cylindre communique avec les dispositifs d'admission et d'échappement au moyen d'orifices d'admission et d'échappement, dont l'ouverture et la fermeture sont réalisées au moyen de soupapes. Classiquement, de tels moteurs comprennent un arbre à cames entraîné par le moteur pour commander l'ouverture et la fermeture des soupapes au cours du cycle (à quatre temps). Cependant, un tel dispositif rend l'ouverture et la fermeture des soupapes dépendant du régime du moteur. II peut être intéressant dans certaines conditions de commander les degrés d'ouverture des soupapes ainsi que de commander ces soupapes individuellement et indépendamment les unes des autres. Ceci est possible à l'aide d'un moteur sans arbre à cames désigné sous sa dénomination anglaise camless . La commande individualisée et indépendante des soupapes d'un moteur camless est classiquement réalisée de manière électromagnétique pour réduire la consommation d'un mélange air/carburant et les émissions de gaz polluants tels que le CO2. Un tel système possède donc des avantages certains au niveau écologique. Au point de vue des performances mécaniques, la commande individualisée et le contrôle de la course des soupapes permettent d'obtenir un couple important au niveau de l'arbre moteur pour un bas régime, à faible vitesse et à forte charge. Dans un dispositif camless classique, chaque soupape est commandée par un poussoir, solidaire d'une palette se déplaçant entre deux électroaimants. A chaque fois que le poussoir pousse la tige de la soupape, il se produit un choc générateur de bruit. Plusieurs fois lors d'un même cycle, ce bruit devient un cliquetis désagréable. L'invention vise donc à proposer un dispositif d'actionnement des soupapes sans cliquetis. A cet effet, l'invention concerne un ensemble d'une soupape, dans un moteur à combustion interne sans arbre à cames, et d'un actionneur de rappel de la soupape en position d'ouverture, caractérisé par le fait que la soupape et l'actionneur sont agencés pour constituer une chaîne cinématique. On entend par chaîne cinématique une chaîne dans laquelle tous les points de la chaîne se déplacent en même temps. On conçoit aisément qu'avec une telle chaîne, on élimine tout cliquetis. De surcroît, l'absence d'arbre à cames permet de contrôler la course de la soupape lors de sa translation et donc d'obtenir plusieurs degrés d'ouverture de la soupape. De préférence, la soupape comprend une tige s'étendant dans un ressort de rappel de la soupape en position de fermeture. Dans la forme de réalisation préférée de l'ensemble de l'invention, la 25 chaîne cinématique comporte une crémaillère et un pignon avantageusement formés sur la tige de la soupape et l'actionneur respectivement. Un mécanisme à crémaillère possède l'avantage d'être plus léger que des électro-aimants et d'avoir une consommation électrique faible. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante en référence au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 représente une vue schématique d'un mode de réalisation préféré 35 de l'invention comprenant une crémaillère formée entre une soupape et un actionneur de soupape; 30 - la figure 2 représente une vue schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention avec un module de guidage à bagues; - la figure 3 représente une vue schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention avec un boîtier de protection comprenant un module de guidage 5 dans son couvercle ; - la figure 4 représente une vue en perspective du module de guidage de la figure 3 ; -la figure 5 représente une vue schématique de l'assemblage de l'ensemble de l'invention avec un élément de maintien et 10 - la figure 6 représente une vue de dessus en coupe de l'élément de maintien de la figure 5. En référence à la figure 1, une soupape 20 formée d'une tête 21 et d'une tige 22 est inséré dans un orifice 5 de la culasse 1 d'un moteur. Au 15 niveau de l'orifice 5, un siège 15 est ménagé sur la surface interne de la culasse 1 pour coopérer avec la tête 21 de la soupape 20, la soupape 20 étant en position de fermeture lorsque la tête 21 est rappelée sur le siège 15. Un actionneur 10, monté rotatif autour d'un axe, permet de rappeler la 20 soupape 20 en position d'ouverture. L'actionneur 10 est en contact direct avec la tige 22, cette dernière faisant saillie hors de l'orifice 5. La tige 22 présente sur sa périphérie des rainures circulaires 23 coopérant avec des dents 12 disposées à la périphérie de l'actionneur 10. Les 25 rainures 23 sont ici usinées à l'extrémité libre de la tige 22, mais elles pourraient être usinées sur un élément indépendant que l'on viendrait fixer à l'extrémité de la tige 22. L'orifice 5, alésé dans la culasse 1, communique avec une conduite 30 d'échappement 3 en liaison fluidique avec un cylindre du moteur. Un dispositif d'actionnement pour l'échappement est ici décrit, cependant, l'invention s'applique également à un dispositif d'actionnement d'une soupape 20 pour l'admission. 35 La tige 22 de la soupape 20 s'étend ici dans un ressort hélicoïdal 30 de rappel de la soupape en position de fermeture, le ressort 30 et la soupape 20 étant alignés avec l'orifice 5. Pour actionner la soupape 20 en position d'ouverture, un moteur entraîne en rotation l'actionneur 10. Les dents 12, en prise directe avec les rainures 23 de la soupape 20, transforment la rotation de l'actionneur 10 en une translation rectiligne de la soupape 20 selon son axe. Ladite translation est guidée par l'orifice 5 et le ressort 30, l'actionneur 10 et la soupape 20 formant une chaîne cinématique, tous les points se déplaçant à la même vitesse. Ce mécanisme est connu de l'homme du métier sous le nom de mécanisme pignon crémaillère . La course de la soupape 20 est limitée par deux positions extrêmes, une position de fermeture de l'orifice 5, dite position haute, et une position de communication fluidique, dite position basse. La course de la soupape 20 est maîtrisée avec précision à l'aide du moteur d'entraînement: les positions extrêmes sont ainsi atteintes sans chocs ce qui diminue les nuisances sonores. De plus, l'absence d'arbre à cames permet de fermer partiellement l'orifice 5. La forme allongée du ressort 30 permet de guider la tige 22 de la soupape 20. Lorsque la soupape 20 est actionnée, le ressort 30 est compressé. Pour revenir à la position haute, il n'est pas nécessaire d'entraîner l'actionneur 10 en rotation dans le sens inverse, le ressort 30 rappelant la tête 21 de la soupape 20 sur le seuil 15. Ainsi, l'usure de l'actionneur 10 est limitée. Lors de la combustion du mélange air/carburant dans le cylindre, l'orifice d'échappement 5 est obturé. Lorsque le travail de la combustion a été récupéré par un piston, l'actionneur 10 entraîne la soupape 20 vers sa position basse pour évacuer les gaz brûlés. La tête 21 de la soupape 20 se décolle du siège 15 et les gaz sont évacués de la conduite d'échappement 3. Si un dépôt de matière lié aux gaz brûlés se dépose sur la tige 22, la rotation de la soupape 20, selon son axe, permet à celle- ci de s'auto-nettoyer lors du contact des dents 12 avec les rainures circulaires 23 de la tige 22. En référence à la figure 2, représentant un autre mode de réalisation de l'invention, la soupape 20 est guidée par un module de guidage à bagues 31 formé d'un corps 310 et de deux bagues 311, 312. Le corps 310 est disposé sur la surface externe de la culasse 1, parallèlement à l'axe de la soupape, et les deux bagues 311, 312 sont fixées perpendiculairement au corps 310 pour former un canal parallèle à la soupape 20, la tige 22 s'étendant dans le canal. Grâce au module de guidage à bagues 31, la translation de la soupape 20 est guidée selon son axe. En référence aux figures 1, 2 et 3, un boîtier de protection 40, disposé sur la surface externe de la culasse 1, protège l'actionneur rotatif 10 avec la soupape 20. En référence à la figure 3, le boîtier 40 comporte un couvercle 41 lié au boîtier 40 par une charnière 43. Le couvercle 41 se referme sur le boîtier 40 pour protéger l'actionneur 10 et la soupape 20 des éléments extérieurs susceptibles de perturber l'actionnement de la soupape 20, tels que des poussières ou un dépôt de matière suite à l'échappement des gaz brûlés. Un module de guidage 42, rapporté dans le couvercle 41 à l'opposé de la charnière 43, guide la translation de la soupape 20. Comme représenté sur la figure 4, le module de guidage 42 comprend ici deux surfaces planes 44, 45 perpendiculaires à l'axe de la soupape 20. Les surfaces 44, 45 comportent respectivement des évidements 440, 450 sensiblement circulaires d'ouverture radiale vers la tige 22. Chaque évidement 440, 450 est agencé pour coopérer avec la tige 22. Lorsque le couvercle 41 est refermé, seul le mouvement de translation selon l'axe de la soupape 20 est autorisé. La translation de la tige 20 est guidée dans le canal formé par les évidements 440, 450. Lors de l'assemblage du dispositif d'actionnement de la soupape 20, la soupape 20 est insérée par l'intérieur de la culasse 1 dans l'orifice 5. La tige 22 de la soupape 20 doit être maintenue par un élément de maintien 50 pour ne pas tomber dans la conduite d'échappement 3. L'élément de maintien 50 comprend un corps de support 53 et deux paires de bras 51, 52 reliées perpendiculairement au corps 53 de l'élément 50, le corps 53 étant disposé parallèlement à l'axe de la soupape 20 sur la culasse externe 1. La tige 22 est serrée entre les bras 511, 512 de la paire 51 comme représentée sur la figure 6. Les bras 511, 512 comportent une portion curviligne épousant la forme de la tige 22 pour la maintenir fixement. La paire de bras inférieure 52, en contact avec la surface externe de la culasse 1, possède un diamètre d'encombrement radial supérieur au diamètre de l'orifice 5 permettant ainsi de maintenir la tige 22 liée au support 50 hors de la culasse 1 sans risque de chute. Revendications 1. Ensemble d'une soupape (20), dans un moteur à combustion interne sans arbre à cames, et d'un actionneur (10) de rappel de la soupape (20) en position d'ouverture, caractérisé par le fait que la soupape (20) et l'actionneur (10) sont agencés pour constituer une chaîne cinématique. 2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel la soupape (20) comprend une tige (22) s'étendant dans un ressort (30) de rappel de la soupape (20) en position de fermeture sur le siège (15). 3. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la chaîne cinématique comporte une crémaillère et un pignon avantageusement formés sur la tige (22) de la soupape (20) et l'actionneur (10) respectivement. 4. Ensemble selon la revendication 3, dans lequel la tige (22) de la soupape (20) comporte des rainures (23) circulaires. 5. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un module de guidage (30, 31, 42) de soupape est agencé pour guider la translation de la soupape (20) selon son axe. 25 6. Ensemble selon la revendication 5, dans lequel le module de guidage (30, 31, 42) se présente sous la forme d'un module de guidage à bagues (31). 7. Ensemble selon la revendication 5 comprenant un boîtier (40) de protection de la soupape (20) avec l'actionneur (10), le boîtier (40) étant 30 muni d'un couvercle (41) dans lequel le module de guidage (30, 31, 42) est rapporté. 8. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un élément de maintien (50) est agencé pour maintenir la tige (22) de la 35 soupape (20) hors d'une culasse (1) du moteur lors de l'assemblage de l'ensemble.20 9. Ensemble selon la revendication 8, dans lequel l'élément de maintien (50) comprend un corps de support (53) et des paires de bras (51, 52) de serrage agencées sur le corps (53) pour maintenir la tige (22) de la soupape (20).5