Brevet FR2989416A1 — publié le 20131018

DISPOSITIF D'ACTIONNEMENT D'UNE SOUPAPE ELECTRONIQUE L'invention se rapporte à un dispositif d'actionnement d'une soupape électronique. Le domaine technique de l'invention concerne les moteurs 5 thermiques multicylindres de véhicules utilisant une distribution à soupape. La plupart des véhicules en série fonctionnent avec des moteurs à combustion interne quatre temps : un cycle d'admission, un cycle de compression, un cycle d'explosion et un cycle d'échappement. En se référant à la figure 1, qui est une vue en coupe d'une chambre 10 de combustion 1 d'un moteur thermique de véhicule, l'admission d'un mélange de gaz frais 2 et l'échappement des gaz brûlés 3 sont contrôlés à l'aide de soupapes 4,5 dont les ouvertures et fermetures sont fonction des profils de cames 6 montées sur un arbre 7 à cames, lui-même entraîné par un vilebrequin 8. La synchronisation des soupapes 4,5 est définie pendant la 15 conception du moteur et sera figée durant toute la vie du véhicule. Pour chacun des cycles mentionnés ci-avant, il est rappelé que se produisent les événements suivants : - Cycle d'admission : la soupape d'admission 4 s'ouvre alors que le piston 9 s'abaisse et qu'un mélange d'air et de carburant vaporisé 20 est poussé par la pression atmosphérique dans le cylindre 10. - Cycle de compression : après avoir atteint sa position la plus basse, le piston 9 commence à remonter. Durant cette phase, la soupape d'admission 4 se ferme. Le cylindre 10 est ainsi scellé. Pendant que le piston 9 se déplace vers le haut, le mélange air/carburant se 25 comprime. - Cycle d'explosion : après que le piston 9 a atteint sa position haute, une étincelle électrique est produite par la bougie d'allumage 11. L'étincelle met alors à feu le mélange air/carburant. Le mélange brûle rapidement et la pression de cylindre 10 croît brutalement. 30 Cette pression exerce une force contre le piston 9 le forçant à redescendre et à mouvoir le vilebrequin 8 via une bielle 12. Cycle d'échappement : après avoir atteint sa position la plus basse, le piston 9 remonte alors que la soupape d'échappement 5 s'ouvre permettant ainsi aux gaz brulés de s'échapper. Quand le piston 9 atteint sa position haute, la soupape d'échappement 5 se ferme, et la soupape d'admission 4 s'ouvre à nouveau. Sur certains types de moteurs, le déplacement des soupapes d'admission et d'échappement ne s'effectue plus mécaniquement par l'intermédiaire d'un arbre à cames contrôlant toutes les soupapes, mais par l'intermédiaire d'une pluralité d'actionneurs électromagnétiques individualisés. De cette manière, le déplacement de chaque soupape est réalisé par un actionneur électromagnétique qui lui est associé. Jusqu'à présent, l'implantation de tels actionneurs dans un moteur ne posait aucun problème, en raison du faible nombre de dispositifs intégrés par la culasse. En effet, seuls des dispositifs de lubrification, de refroidissement, d'allumage et de distribution étaient présents dans le moteur. Or, l'optimisation de fonctionnement des moteurs a conduit à complexifier les culasses, avec l'intégration de nombreux dispositifs additionnels, tels que par exemple des injecteurs directs de carburant, une pompe haute pression ou des systèmes d'allumage optimisés. La présence de ces dispositifs ajoutés rend de plus en plus difficile l'implantation des actionneurs électromagnétiques de soupapes, en raison d'une diminution notable des espaces disponibles pour réaliser cette implantation. A titre d'exemple, la figure 2 illustre une implantation conventionnelle d'un actionneur électromagnétique 13 de soupape 4,5 au niveau d'un cylindre 10 du moteur, et pour laquelle ladite soupape 4,5 se retrouve dans le prolongement dudit actionneur 12. Cette disposition entre l'actionneur 13 et la soupape 4,5 est classique et est la plus couramment utilisée, en raison notamment de sa simplicité de mise en oeuvre. Sur la figure 2 est également schématisé l'emplacement usuel d'un injecteur 14 de carburant dans une chambre de combustion 1 du moteur. Il est aisé de constater que l'actionneur 13 et l'injecteur 14 sont amenés à se chevaucher, par exemple dans le cas d'une version de moteur à injection directe. Un dispositif d'actionnement d'une soupape selon l'invention implique un actionneur électromagnétique, qui se retrouve déporté par rapport à l'axe longitudinal de la soupape, afin de rendre plus compact l'ensemble constitué par ledit actionneur et par ladite soupape. De cette manière, tous les dispositifs nouvellement ajoutés peuvent coexister sur la culasse, sans créer d'interférences entre eux. Il est important de rappeler qu'un dispositif d'actionnement d'une soupape selon l'invention implique un actionneur électromagnétique individuel, et non pas un arbre à cames collectifs pour toutes les soupapes du moteur. L'invention a pour objet un dispositif d'actionnement d'une soupape d'un moteur thermique de véhicule, comprenant un actionneur électromagnétique apte à déplacer ladite soupape en translation au moyen d'une tige d'actionnement. La principale caractéristique d'un dispositif selon l'invention est que l'axe longitudinal de ladite tige et l'axe longitudinal de ladite soupape sont décalés, ledit dispositif comprenant un bras de levier monté pivotant autour d'un axe de rotation, ledit bras coopérant avec ladite tige et ladite soupape, de manière à ce qu'un déplacement en translation de la tige entraine un déplacement en translation de la soupape. Le terme « décalé » signifie que l'axe longitudinal de la soupape et l'axe longitudinal de la tige ne sont pas parallèles, et qu'ils font donc entre eux un angle non nul. En n'étant plus dans le prolongement l'un de l'autre, l'actionneur et la soupape se retrouvent dans une configuration plus compacte, ne privilégiant aucune direction d'expansion particulière. En déportant ainsi l'actionneur de l'axe longitudinal de la soupape, toute interaction intempestive entre l'actionneur et un autre dispositif, comme par exemple un injecteur de carburant, est ainsi éliminée. Un bras de levier d'interposition, judicieusement positionné entre la tige d'actionnement et la soupape permet à la tige d'actionnement, apte à se déplacer en translation, de provoquer le déplacement en translation de la soupape. La tige d'actionnement peut être assimilée à un piston en translation. Le bras de levier pivotant agit comme une pièce relai entre la tige d'actionnement et la soupape, pour permettre le déplacement en translation de ladite soupape. Avantageusement, le déplacement en translation de la tige d'actionnement entraine un déplacement en translation de la soupape selon son axe longitudinal. Cette configuration est rapide à mettre en oeuvre et est bien maîtrisée. Le dispositif d'actionnement selon l'invention a été mis au point en partant du principe que le déplacement de chaque soupape dans une chambre combustion devait demeurer inchangé par rapport à son déplacement provoqué par les dispositifs d'actionnement antérieurs, déjà existants. De façon préférentielle, l'axe de rotation est perpendiculaire au plan dans lequel s'inscrivent la tige d'actionnement et la soupape. De cette manière, le bras de levier va pouvoir pivoter dans le plan comprenant à la fois la tige d'actionnement et la soupape. Cette configuration pour laquelle les principaux mouvements demeurent circonscrits dans un même plan, est simple à mettre en oeuvre, est bien maitrisée, et demeure peu encombrante. De façon avantageuse, le bras de levier est allongé, une première extrémité dudit bras étant traversée par l'axe de rotation et une deuxième extrémité étant au contact de la soupape et de la tige d'actionnement. L'amplitude de rotation du bras de levier va dicter l'amplitude de déplacement en translation de la soupape. Le bras de levier va ainsi s'insérer entre la tige d'actionnement et la soupape, pour transmettre le mouvement en translation de ladite tige vers la soupape et provoquer son déplacement en translation. Préférentiellement, au moins l'une des deux extrémités du bras de levier est associée à une butée hydraulique pour assurer un rattrapage de jeu. En effet, il peut s'avérer nécessaire d'octroyer à au moins l'une des deux extrémités du bras de levier un degré de liberté en translation, pour permettre audit bras de levier de rattraper du jeu et d'assurer ainsi idéalement un déplacement en translation de la soupape, sous l'effet d'un déplacement en translation de la tige d'actionnement. Bien que le déplacement de la soupape soit très faible, de l'ordre de quelques millimètres, la butée hydraulique permet de soulager le bras de levier de tout effort inutile, lorsque ledit bras contribue à transmettre le mouvement de la tige d'actionnement vers la soupape, en pivotant. Selon un premier mode de réalisation préféré d'un dispositif d'actionnement selon l'invention, la butée hydraulique est placée au niveau de la première extrémité du bras de levier. De cette manière, la première extrémité du bras de levier peut se déplacer localement, pour permettre audit bras de se placer idéalement, afin d'assurer dans les meilleures conditions sa fonction de relai entre les mouvements de la tige d'actionnement et de la soupape. Selon un deuxième mode de réalisation préféré d'un dispositif d'actionnement selon l'invention, la butée hydraulique est portée par une pièce située au niveau de la deuxième extrémité du bras de levier. Placée de cette manière, la butée hydraulique permet un déplacement relatif entre la deuxième extrémité du bras de levier et la soupape, pour permettre audit bras de se placer idéalement, afin d'assurer dans les meilleures conditions sa fonction de relai entre les mouvements de la tige d'actionnement et de la soupape. Avantageusement, l'axe de rotation est supporté par un élément de structure qui est indépendant de l'actionneur et de la soupape. De cette manière, le bras de levier est monté pivotant sur un élément de structure indépendant, lui assurant une neutralité de mouvement par rapport à ladite soupape et à ladite tige d'actionnement. De façon préférentielle, la longueur du bras de levier est inférieure à la longueur de la soupape. Ainsi, l'amplitude de rotation du bras de levier demeure faible, avantageusement inférieure à 15°. De façon avantageuse, l'angle maximal entre l'axe longitudinal de la 25 soupape et l'axe longitudinal de la tige d'actionnement est inférieur ou égal à 90°. Un dispositif d'actionnement selon l'invention présente l'avantage d'être peu encombrant pour permettre une implantation aisée des autres dispositifs présents au voisinage des cylindres du moteur, tout en demeurant 30 performant et fiable. Il a de plus l'avantage d'être simple et rapide à mettre en oeuvre, en impliquant un mécanisme de fonctionnement épuré, fondé sur un nombre restreint de pièces. On donne ci-après, une description détaillée, d'un mode de réalisation préféré d'un dispositif d'actionnement selon l'invention, en se référant aux 5 figures 1 à 3. - La figure 1 est une vue en coupe d'un cylindre d'un moteur thermique de véhicule appartenant à l'état de la technique, - La figure 2, est une vue en coupe de la partie supérieure d'un cylindre de l'état de la technique, montrant notamment un 10 actionneur de soupape et un injecteur de carburant, - La figure 3, est une vue en coupe d'un dispositif d'actionnement selon l'invention, Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites. Les références utilisées sur ces figures, ont été conservées sur la figure 3, pour les pièces communes entre 15 ces figures. En se référant à la figure 3, un dispositif d'actionnement 100 selon l'invention permet de déplacer en translation, une soupape d'admission 4 ou une soupape d'échappement 5 dans une chambre de combustion 1 d'un moteur thermique de véhicule, pour réguler les différents flux gazeux 20 transitant par ladite chambre 1, en fonction du cycle moteur considéré, ledit déplacement étant déclenché par un actionneur électromagnétique 113. De façon conventionnelle, cet actionneur 113 comprend une tige d'actionnement 114 pouvant se déplacer en translation le long de son axe longitudinal sur une longueur h. La soupape 4,5 comprend un corps 25 principal 115 de faible diamètre, dont une extrémité se termine par un disque élargi 116, ladite soupape 4,5 conservant son emplacement habituel au sein du cylindre 11. L'actionneur 113 est positionné de telle manière que l'axe longitudinal de la tige d'actionnement 114 fait un angle e avec l'axe longitudinal de la soupape 4,5, qui est inférieur ou égal à 60°. Un bras de levier 117 de forme allongée est monté pivotant sur un élément de structure 118 du moteur. De façon plus précise, le bras de levier 117 possède une première extrémité 119 qui est traversée par un axe de rotation 120 solidarisé au cylindre 11, et une deuxième extrémité 121 qui vient s'insérer 5 entre l'extrémité libre de la tige d'actionnement 114 et l'extrémité de la soupape 4,5 qui est opposée à celle se terminant par un disque élargi 116. L'axe de rotation 120 est perpendiculaire au plan défini par l'axe longitudinal de la soupape 4,5 et par l'axe longitudinal de la tige d'actionnement 114, si bien que les mouvements de ladite tige 114, de ladite soupape 4,5 et dudit 10 bras de levier 117 s'effectuent dans le même plan. L'axe de rotation 120 est équidistant de l'axe longitudinal de la tige d'actionnement 114 et de l'axe longitudinal de la soupape 4,5. Le bras de levier 117 a pour fonction essentielle d'assister la tige d'actionnement 114, afin que le déplacement en translation de ladite tige 114 provoque le 15 déplacement en translation de la soupape associée 4,5 suivant son axe longitudinal. Une butée hydraulique 122 est placée au niveau de la deuxième extrémité 121 du bras de levier 117, qui est insérée entre la tige d'actionnement 114 et la soupape 4,5 afin de rattraper un jeu et donc de faciliter un déplacement en translation de la soupape 4,5 sous l'effet d'un 20 déplacement en translation de la tige d'actionnement 114. Comme le montre la figure 3, lorsque l'actionneur électromagnétique 113 est déporté de l'axe longitudinal de la soupape 4,5, l'injecteur de carburant 14, qui a conservé son emplacement initial au sein de la chambre de combustion 1, ne vient plus interagir mécaniquement avec ledit actionneur 113. Dans le cadre d'un 25 dispositif d'actionnement selon l'invention, l'actionneur électromagnétique 113 et la soupape 4,5 n'ont pas subi de modification au niveau de leur mécanisme de fonctionnement. Seul leur agencement spatial a été modifié. La course de déplacement maximale h de la tige d'actionnement 114 étant faible par rapport aux dimensions de ladite tige 114 et de la soupape 4,5, le rattrapage 30 de jeu réalisé par la butée hydraulique 22 est également de faible amplitude, et rend le dispositif d'actionnement selon l'invention performant, fiable et reproductible, sans générer le moindre effort sur les différentes pièces 114,117,4,5 impliquées. 10 15 REVENDICATIONS1. Dispositif d'actionnement (100) d'une soupape (4,5) d'un moteur thermique de véhicule, comprenant un actionneur électromagnétique (13,113) apte à déplacer ladite soupape (4,5) en translation au moyen d'une tige d'actionnement (114), caractérisé en ce que l'axe longitudinal de ladite tige (114) et l'axe longitudinal de ladite soupape (4,5) sont décalés, et en ce qu'il comprend un bras de levier (117) monté pivotant autour d'un axe de rotation (120), ledit bras (117) coopérant avec ladite tige (114) et ladite soupape (4,5), de manière à ce qu'un déplacement en translation de la tige (114) entraine un déplacement en translation de la soupape (4,5). 2. Dispositif (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un déplacement en translation de la tige d'actionnement (114) selon son axe longitudinal entraine un déplacement en translation de la soupape (4,5) selon son axe longitudinal. 3. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe de rotation (120) est perpendiculaire au plan dans lequel s'inscrivent la tige d'actionnement (114) et la soupape (4,5). 4. Dispositif (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bras de levier (117) est allongé, et en ce qu'une première extrémité (119) dudit bras (117) est traversée par l'axe de rotation (120), une deuxième extrémité (121) étant au contact de la soupape (4,5) et de la tige d'actionnement (114). 5. Dispositif (100) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins l'une des deux extrémités (119,121) du bras de levier (117) est associée à une butée hydraulique (122) pour assurer un rattrapage de jeu. 6. Dispositif (100) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la butée hydraulique (22) est placée au niveau de la première extrémité (119) du bras de levier (117). 7. Dispositif (100) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la butée hydraulique (122) est portée par une pièce située au niveau de la deuxième extrémité (121) du bras de levier (117). 8. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'axe de rotation (120) est supporté par un élément de structure (118) qui est indépendant de l'actionneur (113) et de la soupape (4,5). 9. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la longueur du bras de levier (117) est inférieure à la longueur de la soupape (4,5). 10.Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'angle maximal 0 entre l'axe longitudinal de la soupape (4,5) et l'axe longitudinal de la tige d'actionnement (114) est inférieur ou égal à 90°.