Brevet FR3027055A1 — publié le 20160415

COMMANDE DE DECALAGE D'INSTANTS D'OUVERTURE/FERMETURE DE SOUPAPES D'UN MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE Le fonctionnement d'un moteur, notamment un moteur à essence, est régi par les instants d'ouverture/fermeture de soupapes d'admission et/ou d'échappement. Un retard ou une avance par rapport à des instants d'ouverture/fermeture issus d'un diagramme de distribution prévu pour un moteur peut affecter les performances de ce moteur. Par exemple, si suite à des retards de fermeture de valve et/ou des avances d'ouvertures de valves, des valves d'admission et d'échappement sont ouvertes en même temps, de l'air pur est susceptible de circuler, de sorte que des gaz brûlés sont expulsés. La richesse peut donc être modifiée du fait de ces retards et/ou avances. Les moteurs de véhicule automobile sont en général équipés de système de décalage des instants d'ouverture/fermeture des soupapes afin d'optimiser les performances sous pleine charge et de réduire la consommation de carburant sous faible et moyenne charge. Ces dispositifs de décalage ou VVT (de l'anglais 'Variable Valve Timing'), comprennent classiquement des actionneurs hydrauliques utilisant un circuit d'huile comme source d'énergie. Le débit d'huile est modulé par une électrovanne et les décalages des instants d'ouverture et/ou fermeture des soupapes sont imposés par une poussée hydraulique réalisée sur un arbre à cames en rotation. Un distributeur hydraulique permet de doser la quantité d'huile nécessaire au déphasage des arbres à came actionnant les soupapes d'admission et d'échappement. Toutefois, en cas de pression d'huile insuffisante, ou lorsque la température de l'huile est relativement faible, notamment à froid, la poussée hydraulique obtenue peut être moindre qu'attendu, de sorte que le déphasage réalisé peut être moindre que le déphasage souhaité. Dit autrement, les consignes souhaitées ne sont pas réellement réalisées, ce qui peut amener des écarts de boucle significatifs et/ou des oscillations de la position effective autour de la valeur de consigne. Il existe donc un besoin pour un système de commande de décalage des instants d'ouverture/fermeture de soupape d'un moteur de 3027055 2 véhicule automobile moins sensible aux conditions de température et de pression. Il a été envisagé de concevoir un système de commande comprenant un moteur électrique fonctionnant sensiblement, au 5 déphasage souhaité près, à la vitesse de rotation de l'arbre à cames. Ce moteur électrique agirait directement sur l'arbre à cames, de sorte que les écarts de vitesse angulaire sont répercutés à l'arbre à cames. Toutefois, la consommation d'énergie électrique pour la rotation du moteur risque d'être relativement élevée, et en outre, il peut être 10 relativement complexe et délicat de contrôler la vitesse de rotation du moteur et les décalages effectivement répercutés à l'arbre à cames. Il existe donc toujours un besoin pour un système à la fois simple, fiable et économe en énergie. Il est proposé un dispositif de commande de décalages d'instants 15 d'ouverture/fermeture de soupapes d'un moteur de véhicule automobile, les soupapes étant actionnées par un arbre à cames entraîné en rotation autour d'un axe longitudinal par un élément de poulie sur lequel est montée une courroie de distribution du moteur, comprenant : 20 - un moteur électrique, - un organe d'appui coopérant avec le moteur électrique de façon à être entraîné en mouvement par ce moteur électrique, - un premier élément de conversion solidaire ou d'une seule pièce avec l'élément de poulie, 25 un deuxième élément de conversion entrainé en rotation par le premier élément de conversion, et lié en rotation avec l'arbre à cames, Le dispositif de commande est agencé de sorte que le deuxième élément de conversion puisse être entraîné en translation le long de 30 l'axe longitudinal par l'organe d'appui, lorsqu'en butée contre ce deuxième élément de conversion, tout en restant entraîné en rotation par le premier élément de conversion. Le premier et le deuxième élément de conversion sont agencés de sorte que le mouvement de translation du deuxième élément de conversion entraîne un décalage angulaire du deuxième élément de conversion autour de l'axe longitudinal, relativement au premier élément de conversion, afin de décaler angulairement l'arbre à cames relativement à l'élément de poulie. 3027055 3 Ainsi, pour imposer un déphasage à un arbre à cames entraîné en rotation, il suffit de translater le deuxième élément de conversion. La consommation d'énergie est donc moindre que la solution envisagée impliquant un moteur fonctionnant lui-même à une vitesse proche, au 5 décalage souhaité près, de la vitesse de rotation de l'arbre à cames. En outre, les déphasages angulaires peuvent être plus faciles à maitriser dans la mesure où un décalage angulaire correspond à une distance de translation du deuxième élément de conversion. La commande des décalages est en outre imposée par un moteur 10 électrique, par exemple un moteur pas à pas, permettant ainsi de s'affranchir du risque de baisse de performance lorsque la température est faible, notamment lors des démarrages à froid. L'invention n'est pas limitée à un type de mouvement particulier de l'organe d'appui. L'organe d'appui peut par exemple comprendre une 15 came entraînée en rotation par le moteur, et appuyant sur le deuxième élément de conversion, de sorte que la rotation de la came entraîne une translation du deuxième élément de conversion. Néanmoins, dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif de commande est agencé de sorte que l'organe d'appui soit entraîné en 20 translation suivant l'axe longitudinal, ou bien encore suivant un axe parallèle ou sensiblement parallèle à cet axe longitudinal. Dans un mode de réalisation, l'organe d'appui peut comprendre deux branches en regard l'une de l'autre et définissant un espace de réception d'une partie d'appui du deuxième élément de conversion, 25 chaque branche permettant d'exercer un appui selon un sens associé à cette branche. L'invention n'est en rien limitée à des transmissions de mouvement dans les deux sens par des appuis de part et d'autre du deuxième élément de conversion. En particulier, on peut prévoir un appui d'un 30 seul côté du deuxième élément de conversion, par exemple par un organe de type came ou écrou. Dans un mode de réalisation, un ressort de rappel peut permettre de maintenir le deuxième élément de conversion contre l'organe d'appui. Dans un mode de réalisation, l'organe d'appui peut comprendre une 35 fourchette, entraînée en translation par le moteur électrique, et dont les branches sont susceptibles d'appuyer sur des surfaces opposées 3027055 4 correspondantes d'une partie d'appui, par exemple une collerette, du deuxième élément de conversion. Le moteur électrique et l'organe d'appui peuvent être désaxés par rapport à l'axe longitudinal de rotation de l'arbre à cames. 5 Dans un autre mode de réalisation, le moteur électrique et l'organe d'appui peuvent être disposés le long de l'axe longitudinal. L'organe d'appui peut par exemple comprendre un disque susceptible d'appuyer sur une surface du deuxième élément de conversion. De façon avantageuse, on pourra prévoir un roulement à billes entre 10 l'organe d'appui et le deuxième élément de conversion, afin de limiter les frottements susceptibles de gêner la rotation autour de l'axe longitudinal. L'invention n'est en rien limitée à un roulement à billes. On pourrait par exemple prévoir de lubrifier suffisamment l'organe d'appui et le 15 deuxième élément de conversion, pour que le deuxième élément de conversion puisse être poussé en translation sans gêner son mouvement de rotation. L'invention n'est pas limitée à une forme particulière des éléments de conversion, pourvu que le mouvement de translation du deuxième 20 élément de conversion soit converti en un déphasage angulaire du deuxième élément de conversion par rapport au premier élément de conversion. On pourra par exemple prévoir une butée hélicoïdale entre le premier et le deuxième élément de conversion. 25 Avantageusement, l'un parmi le premier élément de conversion et le deuxième élément de conversion peut définir des cannelures hélicoïdales, et l'autre parmi ces éléments de conversion peut définir un moyen de coopération avec ces cannelures, par exemple un filet, une tige, ou autre, coopérant avec ces cannelures. 30 Dans un mode de réalisation avantageux, la liaison hélicoïdale est à billes, afin de faciliter la conversion de mouvement. Là encore, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation de billes. On pourrait par exemple prévoir de lubrifier suffisamment le premier et le deuxième éléments de conversion, pour que la conversion de 35 mouvement puisse être effectuée. Le premier élément de conversion peut être d'une seule pièce avec l'élément de poulie. 3027055 5 Dans un autre mode de réalisation, on peut prévoir deux pièces séparées, l'élément de poulie et le premier élément de conversion coopérant l'un avec l'autre. Avantageusement, le deuxième élément de conversion peut coopérer 5 avec l'arbre à cames, de façon à transmettre les mouvements de rotation autour de l'axe longitudinal, par exemple via des cannelures de liaison, et à absorber les mouvements de translation le long de l'axe longitudinal. Cette non-transmission des mouvements de translation suivant l'axe longitudinal permet de maintenir l'arbre à cames à une 10 même position le long de l'axe longitudinal, et donc de s'assurer de ce que les cames actionnent les soupapes, même si les soupapes ont des surfaces d'appui relativement peu étendues. Avantageusement, le deuxième élément de conversion et/ou l'arbre à cames peuvent être conformés pour pouvoir coulisser l'un par rapport 15 à l'autre, suivant la direction longitudinale, tout en coopérant l'un avec l'autre, par exemple sur une distance correspondant à une plage angulaire au moins aussi étendue qu'une plage angulaire bornée par des valeurs de déphasages maximales, dans un sens et dans l'autre. Ainsi, imposer un déphasage, suivant un sens de rotation, inférieur à la 20 valeur de déphasage maximale suivant ce sens de rotation, ne conduit pas à une mise en butée du deuxième élément de conversion contre l'arbre à came. Le déplacement en translation correspondant à ce déphasage n'est ainsi pas répercuté à l'arbre à cames. On pourra ainsi concevoir des extrémités de l'arbre à came et du 25 deuxième élément de conversion mobiles l'une par rapport à l'autre suivant la direction de l'axe longitudinal, par exemple le long de cannelures de liaison. On pourra prévoir un jeu entre un bord d'extrémité de l'un parmi le deuxième élément de conversion et l'arbre à cames, et une surface de l'autre parmi le deuxième élément de 30 conversion et l'arbre à cames en regard de ce bord d'extrémité, afin que le deuxième élément de conversion puisse être entrainé en translation suivant la direction longitudinale sans entrainer en translation l'arbre à cames. Avantageusement, des moyens de maintien, par exemple des 35 roulements à billes, des roulements coniques, ou autre, permettent d'empêcher toute translation le long de l'axe longitudinal du premier 3027055 6 élément de conversion, ce qui permet de faciliter le conversion de mouvement. Il est en outre proposé un système de moteur de véhicule automobile, et en particulier un système de moteur essence, 5 comprenant une courroie de distribution, un élément de poulie sur lequel est montée la courroie de distribution, un arbre à cames entrainé en rotation par l'élément de poulie, des soupapes d'admission et/ou d'échappement actionnée par l'arbre à cames, et un dispositif de commande tel que décrit ci-dessus. 10 Il est en outre proposé un véhicule automobile comprenant un système de moteur tel que décrit ci-dessus. L'invention sera mieux comprise en référence aux figures, lesquelles illustrent des modes de réalisation donnée à titre d'exemple et non limitatif. 15 La figure 1 est une vue éclatée des différentes pièces d'un exemple de dispositif de commande selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 montre schématiquement cet exemple de dispositif de commande. La figure 3 est une vue éclatée d'un exemple de dispositif de 20 commande selon un autre mode de réalisation de l'invention. Des références identiques peuvent être utilisées d'une figure à l'autre pour désigner des éléments identiques ou similaires dans leur forme ou leur fonction. Les figures 1 et 2 étant relatives au même mode de réalisation, 25 elles seront commentées simultanément. En référence à ces figures 1 et 2, un moteur électrique de commande 1 permet d'entraîner en translation un organe d'appui 2. Cet organe d'appui 2 comprend une fourchette 21 et un axe de commande de la fourchette 22. Les éléments 21, 22 sont solidaires l'un de l'autre et 30 peuvent être entraînés en translation par le moteur électrique de commande 1 suivant un axe (D'). Les branches de la fourchette 21 reçoivent une partie d'un disque de commande 31 montée sur un axe longitudinal (D) de rotation d'un arbre à cames 5. 35 L'arbre à came 5 et le disque de commande 31 sont entrainés en rotation autour de l'axe (D) par un élément de poulie 4, ou poulie. 3027055 7 De façon connue en soi, cette poulie 4 est elle-même entrainée en rotation par une courroie de transmission non représentée, cette courroie étant mise en mouvement par un vilebrequin non représenté. Le dispositif de commande représenté sur la figure 1 comprend un 5 premier élément de conversion, ici d'une seule pièce avec la poulie 4, et un deuxième élément de conversion 3. Cet élément de conversion 3 comprend, outre ce disque de commande 31, un corps 32 dont une partie définit des cannelures hélicoïdales 33. La poulie 4 est conformée de façon à définir avec ces cannelures 33 10 une liaison hélicoïdales à billes non représentées. La poulie 4 définit ici des cannelures hélicoïdales 41 destinées à coopérer avec les cannelures hélicoïdales 33 de la pièce 3. La pièce 3 comprend une partie d'extrémité 34 définissant un évidement 35 débouchant vers l'arbre à cames 5. Les parois 15 longitudinales de cet évidement 35 définissent des cannelures internes 36 de liaison avec l'arbre à cames 5. Les cannelures internes 36 sont destinées à coopérer avec des cannelures externes 51 définies par une partie d'extrémité 52 de l'arbre à cames 5. 20 Les cannelures 36, 51 s'étendent suivant la direction longitudinale (D). La partie d'extrémité 52 s'étend longitudinalement sur une longueur plus élevée que celle de l'évidement 35. Comme illustré par la figure 2, la partie d'extrémité 51 est reçue 25 dans l'évidement 35. Les cannelures 36, 51 coopèrent entre elles, de sorte que les mouvements de rotation autour de l'axe (D) sont transmis de la pièce 3 à l'arbre 5. En revanche, la pièce 3 reste mobile en translation suivant l'axe (D) relativement à l'arbre 5. La partie 52 est en effet disposée à une position 30 éloignée des extrémités de l'évidement 35. Des jeux sont ainsi prévus, afin d'éviter une mise en butée de l'extrémité de la partie 52 contre le fond de l'évidement 35 et une mise en butée de l'extrémité de la pièce 3 contre la collerette de bordure de la partie 52, tant que le déplacement en translation, dans un sens ou dans l'autre, reste en deçà d'un seuil 35 correspondant à une amplitude maximale du déphasage entre la pièce 3 et la poulie 4. 3027055 8 Le dispositif de commande comprend en outre un frein de blocage du moteur électrique 6, permettant d'assurer un blocage axial par défaut de l'organe d'appui 2. L'énergie consommée pour assurer le maintien en position de cet organe d'appui est donc relativement faible, 5 et même en général nul. En fonctionnement, le moteur électrique 1 entraîne en translation l'organe d'appui 2, et la fourchette de commande 21 entraîne en translation le disque 31. Il convient de disposer d'un moteur électrique comprenant un contrôle du déplacement longitudinal. 10 On peut prévoir des mouvements coniques entre la fourchette 21 et le disque 31 afin de limiter les frottements. Le disque 31 est solidaire de la poulie 4 via un mouvement hélicoïdal, et est solidaire de l'arbre à cames via une liaison axiale cannelée. 15 Des moyens non représentés, par exemple deux roulements coniques situés de part et d'autre de la poulie 4, permettent d'empêcher tout mouvement de translation de la poulie 4 le long de l'axe (D). Lorsque la pièce 3 est translatée, la pièce 3, en butée hélicoïdale contre la poulie 4, est entrainée en rotation sur une plage angulaire 20 correspondant à la longueur du déplacement en translation de cette pièce 3, introduisant ainsi un décalage angulaire entre la poulie entrainée par la courroie de transmission, et l'arbre à cames 5. Les cames, dont une seulement, référencée 53, est ici représentée, peuvent donc présenter un retard, ou, selon le sens du déplacement de l'organe 25 d'appui 2, une avance de phase par rapport à une commande issue du vilebrequin via la poulie 4. Dans le mode de réalisation de la figure 3, un moteur électrique non représenté est prévu cette fois sur un axe longitudinal (D) de rotation d'un arbre à cames 5. 30 Ce moteur électrique permet d'entraîner en rotation une roue de commande de déphasage 7, sur des plages angulaires relativement réduites, car correspondant à un déphasage souhaité. Ce moteur électrique peut par exemple être un moteur pas à pas ou comprendre un contrôle angulaire afin d'assurer une valeur du déplacement 35 déterminée. Un écrou de déphasage 8 définissant des cannelures et coopérant avec un organe d'appui 9 permet de transformer le mouvement de 3027055 9 rotation de la roue de commande de déphasage 7, cette rotation ayant cette fois lieu autour de l'axe longitudinal (D), en un mouvement de translation de l'organe d'appui 9 le long de l'axe (D). Un élément de poulie 4, ici une roue de distribution, est entrainée 5 en rotation par une courroie de distribution non représentée actionnée par un vilebrequin (non représenté) du moteur. Cette roue de distribution 4 est d'une seule pièce avec un premier élément de conversion coopérant avec un deuxième élément de conversion 3 actionné par l'organe d'appui 9. En fait, la roue 4 définit 10 un filetage interne 42 coopérant avec des cannelures hélicoïdales 33 de la pièce 3. L'organe d'appui 9 exerce des efforts de poussée contre le deuxième élément de conversion 3 via un roulement à billes non représenté, de sorte que la translation suivant l'axe longitudinal (D) de la pièce 9 est 15 transférée à cette pièce 3, sans empêcher le mouvement de rotation de cette pièce 3 autour de l'axe longitudinal (D). La roue 4 entraine en effet la pièce 3 en rotation autour de l'axe (D), du fait du mouvement de la courroie de transmission. La roue 4 est maintenue dans un plan normal à l'axe (D). 20 La pièce 3 définit une liaison hélicoïdale avec la roue 4, de sorte que le mouvement de translation de la pièce 3 est converti en un décalage angulaire de la pièce 3 relativement à la roue 4, cette roue 4 étant par ailleurs entraînée en rotation autour de l'axe longitudinal (D). L'arbre à cames 5 définit des cannelures 51 coopérant avec des 25 cannelures non visibles sur la figure 3 définies dans un évidement non visible sur cette figure de la pièce 3. Ainsi, le mouvement de rotation de la pièce 3 est transmis à l'arbre à cames 5. En revanche, le mouvement de translation de la pièce 3 n'est pas transmis à l'arbre à cames 5. Plus généralement, la couronne de commande hydraulique des 30 systèmes VVT de l'art antérieur est remplacée par un dispositif de commande comprenant un moteur électrique et une butée hélicoïdale, permettant ainsi un déphasage de l'arbre de commande par rapport à sa poulie, et ce, quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur. 35 On pourra relever que ce dispositif de commande peut être utilisé avec des moteurs du type connu de l'art antérieur. 3027055 10 L'invention peut permettre de limiter les émissions de gaz à effet de serre, notamment à très bas régime car on évite les disfonctionnements liés à une faible pression ou température de l'huile, et également parce que le maintien en position peut être assuré par un blocage axial par 5 défaut non alimenté, du moteur électrique, au moyen d'un frein. L'énergie consommée pour assurer le maintien de la position est ainsi relativement faible. En outre, le déplacement du moteur électrique est directement corrélé au déphasage angulaire, de sorte que le contrôle du déphasage 10 est relativement simple à mettre en oeuvre. Il est ainsi possible de mettre en place des régulations rapides susceptibles de tenir compte du taux de paramètre de type taux de gaz brûlés résiduels, dans la chambre de combustion, ou autre. La commande des décalages des instants d'ouverture/fermeture 15 des soupapes peut ainsi être plus rapide et plus précise qu'avec un dispositif VVT du type connu de l'art antérieur, ce qui peut permettre d'optimiser les performances du moteur. La réactivité de la commande est ainsi améliorée ce qui peut permettre de mettre en place des régulations rapides en position. 20 REVENDICATIONS1. Dispositif de commande de décalages d'instants d'ouverture/fermeture de soupapes d'un moteur de véhicule automobile, les soupapes étant actionnées par un arbre à cames (5) entraîné en rotation autour d'un axe longitudinal par un élément de poulie (4) sur lequel est montée une courroie de distribution du moteur, comprenant : un moteur électrique (1), un organe d'appui (2) coopérant avec le moteur électrique de façon à être entraîné en mouvement par ce moteur électrique, un premier élément de conversion (4) solidaire ou d'une seule pièce avec l'élément de poulie, un deuxième élément de conversion (3) entrainé en rotation par le premier élément de conversion, et lié en rotation avec l'arbre à cames, dans lequel le dispositif de commande est agencé de sorte que le deuxième élément de conversion puisse être entraîné en translation le long de l'axe longitudinal par l'organe d'appui, lorsqu'en butée contre ce deuxième élément de conversion, tout en restant entraîné en rotation par le premier élément de conversion, et le premier et le deuxième élément de conversion sont agencés de sorte que le mouvement de translation du deuxième élément de conversion entraîne un décalage angulaire du deuxième élément de conversion autour de l'axe longitudinal relativement au premier élément de conversion, afin de décaler angulairement l'arbre à cames relativement à l'élément de poulie. 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, dans lequel l'organe d'appui (2) est entrainé par le moteur électrique en translation suivant un axe parallèle ou sensiblement parallèle à l'axe longitudinal. 3. Dispositif de commande selon la revendication 2, dans lequel l'organe d'appui (2) et le moteur électrique (1) sont disposés sur l'axe longitudinal. 3027055 12 4. Dispositif de commande selon la revendication 2, dans lequel l'organe d'appui (2) et le moteur électrique (1) sont désaxés par rapport à l'axe longitudinal. 5 5. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'organe d'appui (2) comprend deux branches (21) en regard l'une de l'autre et définissant un espace de réception d'une partie d'appui (31) du deuxième élément de conversion (3), chaque branche permettant d'exercer un appui selon un sens 10 associé à ladite branche. 6. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un ressort installé de façon à maintenir le deuxième élément de conversion (3) en appui contre 15 l'organe d'appui (2). 7. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre un roulement à billes entre l'organe d'appui (2) et le deuxième 20 élément de conversion (3), et/ou un roulement à billes entre le premier (4) et le deuxième (3) éléments de conversion. 8. Dispositif de commande selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 7, dans lequel l'un parmi le premier (4) et le deuxième (3) éléments de conversion définit des cannelures hélicoïdales (33), et l'autre parmi le premier et le deuxième éléments de conversion définit des moyens de coopération (41, 42) avec lesdites cannelures hélicoïdales. 30 9. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le deuxième élément de conversion (3) est conformé pour pouvoir coulisser par rapport à l'arbre à cames (5), suivant la direction longitudinale, tout en coopérant ledit arbre à 35 cames. 3027055 13 10. Dispositif de commande suivant la revendication 9, dans lequel le deuxième élément de conversion (3) définit un évidement (35) pour recevoir une partie d'extrémité (52) de l'arbre à cames (5), ledit évidement s'étendant longitudinalement sur une longueur moins élevée 5 que ladite partie d'extrémité. 11. Système de moteur de véhicule automobile, comprenant une courroie de distribution, un élément de poulie sur lequel est montée la courroie de 10 distribution, un arbre à cames entrainé en rotation par l'élément de poulie, des soupapes d'admission et/ou d'échappement actionnées par l'arbre à cames, et un dispositif de comm ande selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 10. 12. Véhicule automobile comprenant un système de moteur selon la revendication 11. 20