Brevet FR2928409A1 — publié le 20090911

DEMANDE DE BREVET B08-0535FR JT/PG Société de droit suédois dite : Aktiebolaget SKF Culbuteur pour moteur à combustion interne. Invention de : Charles CHAMBONNEAU Romuald LESCORAIL Yves-André LIVERATO Jean-Philippe GABOREL Eric ROBERT Jean-Marie GUEGAN 2 Culbuteur pour moteur à combustion interne. La présente invention concerne les culbuteurs utilisés pour les moteurs à combustion interne à pistons dans les applications automobiles ou industrielles. De manière connue en soi, dans un moteur à combustion interne, les culbuteurs sont utilisés pour commander l'ouverture et la fermeture des soupapes du moteur sous l'action d'un arbre à cames. Classiquement, un culbuteur est pourvu d'un corps de forme générale allongée pivotant autour d'un arbre et supportant à une extrémité un poussoir venant en appui sur les soupapes du moteur, et d'un galet suiveur de came monté à rotation sur le corps et contre lequel vient en appui une came d'un arbre à cames du moteur de façon qu'une rotation de l'arbre à cames entraîne un pivotement périodique dudit corps pour l'ouverture et la fermeture des soupapes. Pour plus de détails sur un tel culbuteur, on pourra par exemple se référer aux documents US-Al-2005/0241604 et DE-Al- 10 2005 046 897. Dans chacun de ces documents, le culbuteur comporte un corps réalisé en une seule pièce relativement massive présentant donc une inertie importante. En fonctionnement, ceci engendre des pertes d'énergie. On connaît par le document DE-Al-10 2005 057 298, une structure de culbuteur à inertie réduite. Toutefois, cette structure s'applique à un culbuteur avec galet suiveur de came situé dans la partie centrale du culbuteur, ledit culbuteur pivotant sur une calotte concave hémisphérique située à une extrémité axiale de celui-ci. Cette structure est généralement appelée culbuteur de type linguet. 3 La présente invention vise à prévoir un culbuteur présentant une inertie relativement faible et comprenant un galet suiveur de came disposé à une extrémité dudit culbuteur. La présente invention a également pour but de prévoir un culbuteur performant, rigide, fiable et économique. A cet effet, le culbuteur pour la commande de soupapes d'un moteur à combustion interne est pourvu de deux parois distinctes écartées l'une par rapport à l'autre, d'au moins un moyen de liaison des parois fixé à une première extrémité desdites parois, et d'un élément tubulaire fixé dans une partie centrale des parois et formant palier de pivotement du culbuteur autour de l'axe géométrique dudit élément tubulaire. Le moyen de liaison et l'élément tubulaire sont écartés l'un de l'autre et sont disposés entre les parois. De préférence, les parois sont identiques, ce qui permet de les fabriquer de façon très économique, par exemple à partir d'un même flanc de tôle. Avantageusement, le culbuteur comprend un arbre de support monté entre les parois à une seconde extrémité opposée à la première extrémité, et un galet suiveur de came monté à rotation sur ledit arbre. Un anneau de retenue du galet peut être monté sur l'arbre de support et logé dans un dégagement dudit galet. Le moyen de liaison peut comporter une ouverture à l'intérieur de laquelle est logé un poussoir des soupapes à actionner. Dans un mode de réalisation, le moyen de liaison présente une forme générale cylindrique, les parois étant incurvées partiellement de manière à entourer au moins en partie ledit moyen de liaison. En variante, le moyen de liaison peut comporter un corps contre lequel viennent en appui les parois et une nervure s'étendant transversalement entre lesdites parois. Alternativement, le moyen de 4 liaison comporte des tétons venant se loger dans des ouvertures pratiquées sur les parois. Avantageusement, le moyen de liaison et/ou l'élément tubulaire est fixé sur la parois par des cordons de soudure. En variante, le moyen de liaison et/ou l'élément tubulaire est fixé sur la paroi par des déformations plastiques locales. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un culbuteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, - les figures 2 à 4 sont respectivement des vues de face, de dessous et en perspective du culbuteur de la figure 1, - la figure 5 est une vue en coupe partielle du culbuteur des figures 2 à 4, - la figure 6 est une vue en perspective éclatée d'un culbuteur selon un second mode de réalisation de l'invention, - les figures 7 et 8 sont respectivement des vues en perspective et de dessous du culbuteur de la figure 6, - la figure 9 est une vue en perspective éclatée d'un culbuteur selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - les figures 10 et 11 sont respectivement des vues en perspective et de dessous du culbuteur de la figure 9, et - la figure 12 est une vue en coupe partielle du culbuteur des figures 9 à 11 lors de son assemblage. Sur les figures 1 à 4 est représenté un culbuteur pour la commande de soupapes d'un moteur à combustion interne référencé 10 dans son ensemble. Le culbuteur 10 comporte principalement deux parois 12, 14 latérales espacées, un moyen de liaison 16 disposé à une première extrémité des parois et les reliant l'une à l'autre, et un galet 18 suiveur de came cylindrique, d'axe géométrique 18a, monté à une 5 seconde extrémité opposée. Le culbuteur 10 comprend également un élément tubulaire 20 s'étendant transversalement entre les parois 12, 14 et disposé entre le galet 18 suiveur de came et le moyen de liaison 16. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, l'élément tubulaire 20 permet le montage du culbuteur sur un arbre (non représenté) pour permettre son pivotement autour de l'axe géométrique 20a de l'élément tubulaire. Les parois 12, 14 latérales sont identiques et peuvent avantageusement être obtenues de façon particulièrement économique par simple découpe et emboutissage d'un même flanc de tôle. Elles présentent une forme générale courbe, l'axe 18a du galet 18 suiveur de came étant décalé vers le bas par rapport à l'axe 20a de l'élément tubulaire 20, en considérant la position du culbuteur 10 illustrée à la figure 2. Chaque paroi 12, 14 latérale comporte, dans sa partie centrale, une ouverture 12a, 14a cylindrique traversante pour le montage de l'élément tubulaire 20. Chaque paroi 12, 14 latérale comporte également, au niveau de la seconde extrémité, une portée 12b, 14b de diamètre réduit pour le montage d'un arbre de support 22 du galet 18 suiveur de came. A la première extrémité opposée desdites parois 12, 14, des portions 12c, 14c courbes en concordance de forme avec le moyen de liaison 16 sont prévues. L'arbre 22 de support est dimensionné de manière à ce que chaque extrémité affleure avec le côté extérieur correspondant des parois 12, 14 latérales. Sur l'arbre 22 de support est monté librement à rotation le galet 18 suiveur de came prévu pour venir en contact avec 6 une came de l'arbre à cames du moteur. Le galet 18 est donc disposé entre les parois 12, 14 latérales. Comme illustré plus visiblement sur la figure 5, de manière à assurer la retenue du galet 18 suiveur de came sur l'arbre 22 de support entre les parois 12 et 14 latérales, un anneau 24 ouvert en un point de sa circonférence est logé dans une rainure 22a annulaire dudit arbre. L'anneau 24 vient également se loger dans un dégagement 18b du galet 18 débouchant au niveau d'une surface frontale dudit galet. On obtient ainsi, dans un encombrement réduit et avec une seule pièce supplémentaire, la retenue de l'arbre 22 de support sur les parois 12, 14 latérales, le galet 18 étant maintenu entre lesdites parois 12, 14 latérales. Pour réaliser le montage du galet 18 suiveur de came, on procède de la manière suivante. Dans un premier temps, on monte ledit galet 18 sur l'arbre 22 de support avec l'anneau 24. Ce sous-ensemble est ensuite monté sur l'une des parois latérales 12, 14 avant la mise en place de l'autre paroi. En se référant de nouveau aux figures 1 à 4, l'élément tubulaire 20 est monté dans les ouvertures 12a, 14a des parois 12, 14 latérales en étant en saillie de part et d'autre par rapport au côté extérieur desdites parois. De préférence, l'élément tubulaire 20 vient s'ajuster dans les ouvertures 12a, 14a avec un léger serrage. I1 peut être réalisé à partir d'un tube d'acier ou en métal fritté. L'élément tubulaire 20 est rendu solidaire des parois 12, 14 latérales par des cordons de soudure 26, 28 circulaires continus réalisés entre les parties saillantes de l'élément tubulaire 20 et les côtés extérieurs ou faces externes des parois 12, 14. Les cordons de soudure 26, 28 peuvent par exemple être réalisés par faisceau laser ou par faisceau d'électrons. On assure ainsi la liaison et la fixation rigide de l'élément tubulaire 20 avec les parois 12, 14 latérales. 7 En d'autres termes, après soudage, l'élément tubulaire s'étendant transversalement ou perpendiculairement aux parois latérales 12, 14 et formant entretoise pour lesdites parois, participe au renforcement du culbuteur 10 dans la partie centrale de celui-ci. En fonctionnement, les contraintes de traction et de compression générées par les efforts appliqués au culbuteur par la came de l'arbre à cames sont réparties à la fois dans les parois latérales 12, 14 et dans l'élément tubulaire 20. La solidarisation de ces éléments renforce donc la rigidité du culbuteur 10, et diminue le risque de concentration de contraintes. On peut donc obtenir un culbuteur 10 présentant une structure légère et fiable. D'une façon similaire, on assujettit le moyen de liaison 16 aux parois latérales 12, 14 par des cordons de soudure 30, 32 de manière à ce que ledit moyen participe également au renforcement de la structure du culbuteur 10. Le moyen de liaison 16, de forme générale tubulaire, comporte un corps 16a prolongé à une extrémité par une collerette 16b. Le corps 16a est logé transversalement entre les portions 12c, 14c des parois 12, 14 radiales et forme entretoise reliant les côtés intérieurs desdites parois. Le moyen de liaison 16 comporte également un alésage 16c traversant permettant le montage d'un organe d'appui formant poussoir, par exemple à tête sphérique, venant en contact sur la tige de soupape à actionner. Le moyen de liaison 16 peut être fabriqué de façon économique à partir d'une barre ou d'un tube qui est tronçonné, décolleté, percé et taraudé. En variante, le moyen de liaison 16 pourrait être fabriqué en métal fritté, par exemple en acier Les cordons de soudure 30, 32 continus sont respectivement prévus entre la collerette 16b du moyen de liaison 16 et les portions 8 12c, 14c courbes des parois 12, 14 latérales. Ils sont situés sur les faces inférieures des parois 12, 14 latérales et présentent une forme en C. De façon analogue aux cordons de soudure 26 et 28, ces cordons peuvent être réalisés par faisceau laser ou par faisceau d'électrons. Une fois les cordons de soudures 26 à 32 réalisés, on obtient un ensemble rigide comportant deux parois 12, 14 parallèles liées et situées à distance l'une de l'autre par le moyen de liaison 16 et l'élément tubulaire 20. Ces deux moyens forment les seules entretoises s'étendant transversalement entre les parois 12, 14. En d'autres termes, entre l'élément tubulaire 20 et l'extrémité du culbuteur 10 sur laquelle est monté le galet 18 suiveur de came, les parois 12, 14 latérales et parallèles ne sont réunies par aucune entretoise. On obtient un culbuteur 10 rigide, léger et dans lequel sont réduites les zones de concentration de contraintes en fonctionnement. Lors de la rotation du moteur, la came en contact avec le galet 18 suiveur de came engendre alternativement un déplacement vertical vers le bas et vers le haut dudit galet, ainsi que le pivotement du culbuteur 10 autour de l'axe géométrique 20a par l'intermédiaire du poussoir en appui contre le moyen de liaison 16 et, par conséquent la descente de la tige de soupape associée, la remontée de ladite tige étant réalisée par un ressort de rappel prévu à cet effet. En fonctionnement, l'élément tubulaire 20 forme donc palier de pivotement du culbuteur 10. Les efforts appliqués au culbuteur 10 par la came sont transmis à la fois dans les parois latérales 12 et 14, dans l'élément tubulaire 20 et dans le moyen de liaison 16 étant donné la solidarisation de ces différents éléments. Le culbuteur 10 présente donc une bonne résistance aux efforts et une fiabilité de fonctionnement accrue. 9 Le mode de réalisation illustré aux figures 6 à 8 sur lesquelles les éléments identiques portent les mêmes références diffère du mode de réalisation précédemment décrit notamment en ce que les parois 12, 14 latérales sont dépourvues des portions 12c, 14c courbes. Les parois 12, 14 latérales peuvent être fabriquées à partir d'une barre profilée. Le galet 18 suiveur de came est maintenu ici sur l'arbre 22 de support par l'intermédiaire de deux anneaux 40, 42 élastiques ouverts en un point de leur circonférence, de type circlips. Les anneaux 40, 42 sont montés à chaque extrémité dudit arbre dans des rainures 22b et 22c associées. Les anneaux 40, 42 viennent en appui contre les côtés extérieurs des parois 12, 14. Le galet 18 suiveur de came peut donc être monté sur le culbuteur 10, après avoir réalisé les soudures entre les parois latérales 12, 14 et l'élément tubulaire 20 d'une part, et lesdites parois et le moyen de liaison 46 d'autre part. Le moyen de liaison 46 comporte un corps 46a présentant en vue de dessus une forme générale en C et venant en appui contre les extrémités libres des parois 12, 14 latérales, du côté opposé au galet 18 suiveur de came, par l'intermédiaire d'une surface frontale 46b plane. Le corps 46a comporte une protubérance 46c s'étendant à partir de la surface frontale 46b sur l'ensemble de sa hauteur et venant en appui contre les côtés intérieurs des parois 12, 14 latérales. La protubérance 46c forme ainsi entretoise pour lesdites parois. Le moyen de liaison 46 comporte également un alésage 46d traversant permettant le montage d'un organe formant poussoir pour l'actionnement de la tige de soupape. Le moyen de liaison 46 est avantageusement réalisé en métal fritté, par exemple en acier. De manière à assujettir le moyen de liaison 46 sur les parois latérales 12 et 14, des cordons de soudure 48 et 50 sont prévus entre la surface frontale 46b et les extrémités libres des parois 12, 14. Les 10 cordons de soudure 48, 50 sont situés du côté extérieur des parois 12, 14 latérales et s'étendant sur toute la hauteur de ces parois. Le mode de réalisation illustré aux figures 9 et 11 diffère du mode de réalisation précédemment décrit notamment en ce que l'élément tubulaire 20 comporte, à chaque extrémité, des portées 20c et 20d cylindriques de faible longueur et de diamètre extérieur réduit. L'élément tubulaire 20 est emmanché serré par ces portées au niveau des ouvertures 12a, 14a des parois 12, 14 latérales. Pour assurer une bonne solidarisation axiale des parois 12, 14 latérales et de l'élément tubulaire 20, on effectue un sertissage de chaque extrémité des portées 20c et 20d par refoulement de la matière de l'élément tubulaire 20 dans des chanfreins 50, 52 pratiqués sur les ouvertures 12a, 14a du côté extérieur. Comme illustré plus visiblement sur la figure 12, on assure la fixation de l'élément tubulaire 20 sur la paroi 14 latérale par repoussage de matière en vue de former une pluralité de bourrelets 54 espacés dans le sens circonférentiel et résultant de déformations plastiques locales provoquées sur l'extrémité de la portée 20d de l'élément tubulaire 20. On provoque ainsi un fluage vers l'extérieur de la matière en direction du chanfrein 52 de la paroi 14 latérale de manière que les bourrelets 54 interfèrent avec celui-ci. On effectue une opération similaire au niveau de la portée 20c de manière à interférer avec le chanfrein 50. On empêche ainsi un déplacement axial de l'élément tubulaire relativement aux parois 12, 14 latérales. Cette opération peut avantageusement s'effectuer à l'aide d'un poinçon. En variante, il est possible d'obtenir un bourrelet continu dans le sens circonférentiel en déformant l'extrémité axiale libre des portées 20c et 20d sur toute leur circonférence, par exemple par bouterolage. Bien entendu, en variante, il pourrait être possible de 11 prévoir des cordons de soudure circulaires continus ou non entre les portées 20c et 20d de l'élément tubulaire 20 et les côtés extérieurs des parois latérales 12, 14 d'une façon similaire au premier mode de réalisation. A cet égard, les extrémités axiales libres des portées 20c et 20d affleurent ou sont en légère saillie par rapport aux côtés extérieurs des parois latérales 12, 14. Dans ce mode de réalisation, les parois 12, 14 latérales présentent une dimension légèrement supérieure et comportent des ouvertures 12e et 14e, du côté opposé au galet 18 suiveur de came de manière à permettre le montage du moyen de liaison 56. Le moyen de liaison 56 comprend un corps 56a de forme générale parallélépipédique pourvu de deux tétons 56b, 56c opposés venant se loger respectivement à l'intérieur des ouvertures 12e et 14e. Le corps 56a du moyen de liaison 56 s'étend entièrement transversalement entre les parois 12, 14 et vient en contact contre celles-ci. Le corps 56a comporte également un alésage 56d traversant s'étendant perpendiculairement aux tétons 56b et 56c de manière à permettre le logement d'un organe formant poussoir pour l'actionnement de la tige de soupape. Un sertissage des extrémités des tétons 56b et 56c sur les parois latérales 12 et 14 au niveau des ouvertures 12e, 14e est effectué d'une manière analogue à ce qui a été décrit précédemment pour l'élément tubulaire 20. A cet égard, les ouvertures 12e et 14e comportent également des chanfreins. Le moyen de liaison 56 peut être réalisé en matériau fritté, par exemple en acier. Grâce à l'invention, on dispose d'un culbuteur de conception particulièrement simple, facile à fabriquer, économique et présentant une bonne rigidité. REVENDICATIONS 1-Culbuteur pour la commande de soupapes d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il est pourvu de deux parois (12, 14) distinctes écartées l'une par rapport à l'autre, d'au moins un moyen de liaison (16 ; 46 ; 56) des parois fixé à une première extrémité desdites parois, et d'un élément tubulaire (20) fixé dans une partie centrale des parois et formant palier de pivotement du culbuteur autour de l'axe géométrique dudit élément tubulaire, le moyen de liaison et l'élément tubulaire étant écartés l'un de l'autre et étant disposés entre les parois. 2-Culbuteur selon la revendication 1, dans lequel les parois (12, 14) sont identiques. 3-Culbuteur selon la revendication 1 ou 2, comprenant un arbre de support (22) monté entre les parois à une seconde extrémité opposée à la première extrémité, et un galet (18) suiveur de came monté à rotation sur ledit arbre. 4-Culbuteur selon la revendication 3, comprenant un anneau de retenue (24) du galet monté sur l'arbre de support et logé dans un dégagement (18b) dudit galet. 5-Culbuteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de liaison (16 ; 46 ; 56) comporte une ouverture (16c ; 46d ; 56d) à l'intérieur de laquelle est logé un poussoir des soupapes à actionner. 6-Culbuteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de liaison (16) présente une forme générale cylindrique, les parois étant incurvées partiellement de manière à entourer au moins en partie ledit moyen de liaison. 13 7-Culbuteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le moyen de liaison (46) comporte un corps (46a) contre lequel viennent en appui les parois et une nervure (46c) s'étendant transversalement entre lesdites parois. 8-Culbuteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le moyen de liaison (56) comporte des tétons (56b, 56c) venant se loger dans des ouvertures pratiquées sur les parois. 9-Culbuteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de liaison et/ou l'élément tubulaire est fixé sur la parois par des cordons de soudure (26 à 32). 10-Culbuteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le moyen de liaison et/ou l'élément tubulaire est fixé sur la paroi par des déformations plastiques locales (54).