Brevet FR3024181A1 — publié le 20160129

DISPOSITIF DE DESACTIVATION PARTIELLE DES CYLINDRES D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001] La présente invention porte sur un dispositif de désactivation partielle des cylindres d'un moteur à combustion interne. [0002] Les moteurs à combustion interne, et notamment les moteurs équipant les véhicules automobiles, ne sont sollicités la plupart du temps qu'à une fraction de leur puissance nominale. [0003] Dans ces phases de fonctionnement qui ne réclament pas de délivrer un couple important, les moteurs subissent des pertes de rendement appelées "pertes de pompage", qui sont à l'origine d'une consommation excessive de carburant. Ces pertes de pompage correspondent au travail fourni pour aspirer le mélange air/carburant qui est situé dans le collecteur d'admission à une pression relativement faible et pour l'introduire dans la chambre de combustion lors de la phase d'admission. [0004] Pour réduire ces pertes de pompage, il est connu de désactiver et rendre inactif un certain nombre de cylindres. Ces cylindres désactivés voient alors leurs soupapes d'admission et leurs soupapes d'échappement fermées, les cylindres n'étant plus traversés par aucun flux de mélange gazeux. [0005] Ces cylindres désactivés ne génèrent presque plus de pertes de pompage car ils fonctionnent dès lors comme un ressort pneumatique, leur piston alternant les phases de compression et de décompression du mélange gazeux emprisonné dans ces cylindres. [0006] Quant aux cylindres demeurant activés, ils doivent produire un couple plus important et donc requièrent un débit plus important de l'air d'admission dans le collecteur, ce qui augmente la pression dans le répartiteur et donc réduit les pertes par pompage du moteur. [0007] On connait des dispositifs permettant de désactiver au moins un cylindre d'un moteur à combustion interne. Le document FR2988771 décrit ainsi l'utilisation d'arbres à cames pour l'admission et l'échappement comportant chacun un premier jeu de cames doubles configuré pour actionner les soupapes associées à chaque cylindre deux fois par tour de l'arbre à cames associé. Chaque arbre comporte également un second jeu de cames simples configuré pour actionner les soupapes associées à chaque cylindre une 3024181 2 fois par tour de l'arbre à cames associé. Chaque cylindre est alors désactivé partiellement pour empêcher une explosion sur deux. Toutefois, un tel système nécessite d'effectuer le passage du mode de fonctionnement normal au mode de désactivation partielle des cylindres uniquement lorsque les zones de levée de soupape des cames se situent l'une 5 en face de l'autre, ce qui engendre un contrôle complexe du moteur. [0008] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un dispositif de désactivation partielle des cylindres d'un moteur à combustion interne comportant N cylindres ayant des pistons liés sur un vilebrequin, lesdits pistons étant chacun montés dans un cylindre en relation avec au moins une soupape déplacée par un 10 arbre à cames, ledit arbre à cames portant des cames configurées pour actionner chacune une soupape associée à chaque cylindre, caractérisé en ce que chaque came comporte un premier profil ayant N lobes de levée de soupape suivant sa circonférence, ainsi qu'un deuxième profil ayant N-i lobes de levée de soupape sur sa circonférence, chaque lobe manquant correspondant à une zone de non-levée de soupape, et en ce que chaque 15 came comporte une zone de transfert progressive entre une zone de non-levée de soupape du deuxième profil et un lobe dudit premier profil qui est adjacent à ladite zone de non-levée de soupape. [0009] Ainsi, l'invention permet, du fait de la présence des zones de transfert progressives, le passage du mode de fonctionnement normal au mode de désactivation 20 partielle quel que soit l'état de fonctionnement du moteur thermique. [0010] Selon une réalisation, le nombre N de cylindres vaut 3 et le nombre i de lobes manquants vaut 1. [0011] Selon une réalisation, lesdits premiers profils sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres, de telle façon qu'à chaque révolution dudit arbre à cames, lesdits 25 premiers profils activent lesdites soupapes des cylindres les unes après les autres, cylindre après cylindre. [0012] Selon une réalisation, lesdits deuxièmes profils sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres, de telle façon qu'à chaque révolution complète dudit arbre à cames, lesdits deuxièmes profils activent lesdites soupapes les unes après les autres, 30 cylindre par cylindre de manière à créer une désactivation de cylindres tournante. [0013] Selon une réalisation, chaque zone de transfert est constituée par une rampe. 3024181 3 [0014] Selon une réalisation, ledit premier et ledit deuxième profils de chaque came forment une seule pièce mécanique. [0015] Selon une réalisation, ledit dispositif comporte un système de réduction configuré de telle façon que ledit arbre à cames tourne six fois moins vite que ledit vilebrequin. 5 [0016] Selon une réalisation, ledit système de réduction est un système à engrenages. [0017] Selon une réalisation, les profils des cames d'un arbre associé à des soupapes d'admission sont identiques aux profils des cames d'un arbre associé à des soupapes d'échappement dudit moteur à combustion interne. [0018] L'invention a également pour objet un moteur à combustion interne muni d'un 10 dispositif de désactivation tel que précédemment défini. [0019] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0020] La figure 1 a est une vue schématique en perspective du dispositif selon la 15 présente invention dans un état d'activation des cylindres; [0021] La figure 1 b une vue schématique en perspective du dispositif selon la présente invention dans un état de désactivation partielle des cylindres; [0022] La figure 2a montre une vue de face du premier profil de la came utilisée avec le dispositif selon la présente invention; 20 [0023] La figure 2b montre une vue de face du deuxième profil de la came utilisée avec le dispositif selon la présente invention; [0024] La figure 3 est une vue de côté de la came des figures 2a et 2b. [0025] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 25 [0026] Les figures 1 a et 1 b montrent un dispositif 10 de désactivation partielle des cylindres 11 d'un moteur à combustion interne comportant trois pistons 12. Chaque piston 12 est monté coulissant dans un cylindre 11 associé pour entraîner un vilebrequin 13 en rotation autour d'un axe X de rotation. En outre, chaque cylindre 11 coopère avec une 3024181 4 soupape d'admission 15 déplacée par un premier arbre à cames 18 qui est monté en rotation autour d'un axe Y de rotation, pour permettre l'injection d'un mélange carburé dans chaque cylindre 11. [0027] De même, chaque cylindre 11 coopère avec une soupape d'échappement (non 5 représentée) déplacée par un second arbre à cames (non représenté) qui est monté en rotation autour d'un axe de rotation, pour permettre l'échappement des gaz brûlés à la suite de l'explosion dans chaque cylindre 11. Le second arbre à cames étant identique au premier arbre à cames 18, il ne sera que partiellement décrit pour faciliter la compréhension. 10 [0028] Le dispositif 10 comporte un premier pignon 19 et un second pignon (non représenté) qui sont liés en rotation sur le premier arbre à cames 18 et sur le second arbre à cames respectivement. Le vilebrequin 13 est lié en rotation sur un troisième pignon 20 qui entraîne en rotation ledit premier pignon 19 et ledit second pignon selon un rapport d'un sixième, en sorte que le premier arbre à cames 18 et le second arbre à cames 15 tournent six fois moins vite que le vilebrequin 13. [0029] Le premier arbre à cames 18 comporte trois cames 23 (une par cylindre) configurées pour actionner les soupapes d'admission 15 correspondantes qui sont associées à chaque cylindre 11. [0030] Chaque came 23 comporte un premier profil 231 ayant trois lobes 25 de levée de 20 soupape suivant sa circonférence. Cela permet ainsi de réaliser trois levées de soupapes par révolution de l'arbre à cames 18. En l'occurrence, comme cela est visible sur la figure 2a, chaque lobe 25 est constitué par une protubérance arrondie s'étendant en saillie par rapport à la surface extérieure de la came 23 de forme cylindrique. Les lobes 23 du premier profil 231 sont espacés angulairement entre eux de 120 degrés. 25 [0031] Les premiers profils 231 sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres de telle façon qu'à chaque révolution de l'arbre à cames 18, les premiers profils 231 actionnent les soupapes 15 des cylindres 11, les unes après les autres. Les cylindres 11 sont donc actionnés l'un après l'autre. Si l'on considère le premier cylindre comme étant celui le plus à gauche, le deuxième cylindre comme étant le cylindre central, et le troisième 30 cylindre comme étant le cylindre le plus à droite, on actionne dans l'ordre le premier, le deuxième, puis le troisième cylindre dans l'exemple de la figure 1. Les premiers profils 231 sont ainsi décalés entre eux de 40 degrés autour de l'axe Y de l'arbre à cames 18, en 3024181 5 sorte que l'angle a vaut 40 degrés et l'angle [3 vaut 80 degrés. En variante, on pourra activer d'abord le premier, puis le troisième, puis le deuxième cylindre 11. [0032] Le terme "activé" pour un cylindre 11 signifie ici que la soupape d'admission 15 permet l'injection du mélange carburé dans le cylindre 11, qu'une explosion se produit 5 dans le cylindre 11 et que la soupape d'échappement associée permet l'échappement des gaz brûlés dans ce même cylindre 11. A l'inverse, le terme "désactivé" pour un cylindre 11, signifie que la soupape d'admission 15 et la soupape d'échappement ne sont pas actionnées, sans générer d'allumage ni d'injection par pilotage du calculateur moteur, afin de ne pas perturber les mesures de la sonde oxygène échappement et modifier ainsi les 10 calibrations de boucle d'air du moteur. [0033] Chaque came 23 comporte en outre un deuxième profil 232 accolé audit premier profil 231 configuré pour actionner partiellement les soupapes d'admission 15 qui sont associées à chaque cylindre 11. A cet effet, comme on peut le voir sur la figure 2b, chaque deuxième profil 232 comporte deux lobes 25 de levée de soupape sur sa circonférence. 15 Cela permet ainsi de réaliser deux levées de soupapes par révolution de l'arbre à cames 18, le lobe 25 manquant correspond à une zone 26 de non-levée de soupape. [0034] Les deuxièmes profils 232 sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres, de telle façon qu'à chaque révolution de l'arbre à cames 18, les deuxièmes profils 232 activent les soupapes 15 les unes après les autres, cylindre par cylindre de manière à 20 créer une désactivation de cylindres 11 tournante. Cette désactivation tournante consiste à désactiver un cylindre différent, à chaque cycle du moteur, de manière répétitive. [0035] Comme cela est bien visible sur la figure 3, chaque came 23 comporte une zone de transfert 28 progressive entre la zone 26 de non-levée de soupape du deuxième profil 232 et le lobe 25 du premier profil 231 qui est adjacent à ladite zone 26. En l'occurrence, 25 la zone de transfert 28 est constituée par une rampe. Toutefois, la forme de la zone de transfert 28 peut être différente, comme par exemple convexe ou concave, pour épouser la forme d'un galet 31 à rouleau presseur coopérant avec la came 23. [0036] De préférence, le premier 231 et le deuxième 232 profils de chaque came 23 sont réalisés d'un seul tenant pour former une seule pièce mécanique. Les profils 231, 232 des 30 cames 23 sont identiques sur l'admission et sur l'échappement. Toutefois, conventionnellement, le second arbre à cames est déphasé par rapport au premier arbre à cames 18. 3024181 6 [0037] Le dispositif 10 est configuré pour occuper un état d'activation des cylindres 11, représenté à la figure 1 a, dans lequel les premiers profils 231 des cames 23 du premier arbre à cames 18 actionnent les soupapes d'admission 15 et les premiers profils 231 des cames 23 du deuxième arbre à cames actionnent les soupapes d'échappement, les 5 deuxièmes profils 232 des cames 23 du premier arbre 18 et du deuxième arbre à cames étant inactifs. [0038] Par ailleurs, le dispositif 10 est apte à occuper un état de désactivation partielle des cylindres 11, représenté à la figure 1 b, dans lequel les deuxièmes profils 232 des cames 23 du premier arbre à cames 18 actionnent les soupapes d'admission 15 et les 10 deuxièmes profils des cames du deuxième arbre à cames actionnent les soupapes d'échappement, les premiers profils 231 des cames 23 du premier arbre 18 et du deuxième arbre à cames étant inactifs. [0039] A cet effet, dans l'état d'activation, le galet 31 à rouleau presseur coopère avec les premiers profils 231 des cames 23 et dans l'état d'activation, le galet 31 à rouleau 15 presseur coopère avec les deuxièmes profils 232 des cames 23. [0040] Afin de passer d'un état à un autre en autorisant le déplacement relatif du galet 31 par rapport à la came 23 suivant la flèche F (cf. figure 3), le premier arbre à cames 18 est monté coulissant axialement selon son axe Y de rotation, entre la position représentée à la figure 1 a correspondant à l'état d'activation des cylindres 11, et la position représentée à la 20 figure 1 b correspondant à l'état de désactivation partielle des cylindres 11. [0041] La zone de transfert 28 permet de faciliter le passage du galet 31 à rouleau de la première position à la deuxième position quel que soit l'état de fonctionnement du moteur thermique. Le profil du galet 31 respecte au mieux la forme de la came 23 lors du passage sur la zone de transfert 28. 25 [0042] Dans un exemple de réalisation, le premier arbre à cames 18 présente une forme cylindrique creuse selon l'axe Y qui délimite un alésage axial 34. En outre, le dispositif 10 comporte une tige axiale 35 qui est liée en rotation sur le premier arbre à cames 18 et qui est agencée dans l'alésage 34, en sorte que le premier arbre à cames 18 est monté coulissant axialement sur la tige 35 entre sa position 30 d'activation et sa position de désactivation partielle. 3024181 7 [0043] Complémentairement, le dispositif 10 comporte des moyens d'entraînement (non représentés) en coulissement du premier arbre à cames 18 entre sa position d'activation et sa position de désactivation partielle, qui sont commandés par une unité électronique de commande. On pourra se référer au document FR2988771 pour plus de détails sur les 5 moyens mis en oeuvre pour permettre le déplacement de l'arbre à cames. [0044] Pour ne pas multiplier le nombre de cames 23 dans un cylindre 11 à multisoupapes, les cames 23 pourront être montées sur un linguet central. La course de la soupape 15 sera définie en fonction du bras de levier actionnant la soupape 15. [0045] Plus généralement, l'invention pourra être mise en oeuvre avec un moteur à 10 combustion interne comportant N cylindres, N étant supérieur ou égal à 2. Le premier profil 231 de chaque came comporte alors N lobes et le deuxième profil 232 comporte N-i lobes, i pouvant être égal ou supérieur à 1 tout en restant inférieur à N. [0046] Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en 15 remplaçant les détails d'exécution par tous autres équivalents. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) de désactivation partielle des cylindres (11) d'un moteur à combustion interne comportant N cylindres (11) ayant des pistons (12) liés sur un vilebrequin (13), lesdits pistons (12) étant chacun montés dans un cylindre (11) en relation avec au moins une soupape (15) déplacée par un arbre (18) à cames, ledit arbre (18) à cames portant des cames (23) configurées pour actionner chacune une soupape (15) associée à chaque cylindre (11), caractérisé en ce que chaque came (23) comporte un premier profil (231) ayant N lobes (25) de levée de soupape suivant sa circonférence, ainsi qu'un deuxième profil (232) ayant N-i lobes de levée de soupape sur sa circonférence, chaque lobe (25) manquant correspondant à une zone (26) de non-levée de soupape, et en ce que chaque came (23) comporte une zone de transfert (28) progressive entre une zone (26) de non-levée de soupape du deuxième profil (232) et un lobe (25) dudit premier profil (231) qui est adjacent à ladite zone (26) de non-levée de soupape. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre N de cylindres vaut 3 et le nombre i de lobes (25) manquants vaut 1. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits premiers profils (231) sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres, de telle façon qu'à chaque révolution dudit arbre à cames (18), lesdits premiers profils (231) activent lesdites soupapes (15) des cylindres (11) les unes après les autres, cylindre après cylindre. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits deuxièmes profils (232) sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres, de telle façon qu'à chaque révolution complète dudit arbre à cames (18), lesdits deuxièmes profils (232) activent lesdites soupapes (15) les unes après les autres, cylindre par cylindre de manière à créer une désactivation de cylindres (11) tournante. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque zone de transfert (28) est constituée par une rampe. 3024181 9 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit premier (231) et ledit deuxième (232) profils de chaque came (23) forment une seule pièce mécanique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il 5 comporte un système de réduction (19, 20) configuré de telle façon que ledit arbre à cames (18) tourne six fois moins vite que ledit vilebrequin (13). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit système de réduction (19, 20) est un système à engrenages. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les 10 profils (231, 232) des cames (23) d'un arbre (18) associé à des soupapes d'admission (15) sont identiques aux profils des cames d'un arbre associé à des soupapes d'échappement dudit moteur à combustion interne. 10. Moteur à combustion interne muni d'un dispositif (10) de désactivation défini selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15