EP0115996B1 - Dispositif de commande à came, notamment pour soupapes de moteurs à combustion interne - Google Patents

Dispositif de commande à came, notamment pour soupapes de moteurs à combustion interne Download PDF

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EP0115996B1 EP84400209A EP84400209A EP0115996B1 EP 0115996 B1 EP0115996 B1 EP 0115996B1 EP 84400209 A EP84400209 A EP 84400209A EP 84400209 A EP84400209 A EP 84400209A EP 0115996 B1 EP0115996 B1 EP 0115996B1
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Regie Nationale des Usines Renault
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    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
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    • F01M9/10—Lubrication of valve gear or auxiliaries
    • F01M9/106—Oil reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2810/00—Arrangements solving specific problems in relation with valve gears
    • F01L2810/02—Lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/20—SOHC [Single overhead camshaft]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/006—Camshaft or pushrod housings

Definitions

  • the present invention relates to a valve control device, in particular in an overhead camshaft engine, of the type comprising a rotary cam and transmission means cooperating with this cam to communicate to a valve, an alternating movement of lifted, against the force exerted by a return spring ensuring the fallout of the valve.
  • the dispensing valves are commonly controlled either directly by a cam via a pusher, or by a rocker, itself controlled by a cam or by a rod.
  • An essential aim of the present invention consists in overcoming the aforementioned drawbacks by a particular arrangement of the valve control members for an internal combustion engine.
  • the object of the invention is a valve control device of the aforementioned type in which, according to a feature of the invention, the sliding surface of the transmission means coming into contact with the cam remains immersed in an oil bath independent lubrication with a high viscosity of 0.2 to 1 Poiseuille.
  • This arrangement allows separate lubrication of the valve control device by bubbling in viscous oil.
  • a double condition of cleanliness and reduction of friction can thus be ensured because the high viscosities favor the formation of an oil film between the cam and the transmission means such as a rocker arm and a pusher.
  • valve control device also makes it possible not to lose a gain in friction by the use of an auxiliary oil pump of high performance.
  • the aforementioned transmission means consist of a rocker arm pivoting in its middle on a rocker shaft and provided around its pivot axis with grooves which open into the independent oil bath.
  • the rocker shaft can thus be permanently lubricated by bubbling.
  • the aforementioned transmission means consist of a pusher immersed in a bath of upper viscous oil. It is a variant for a direct valve attack which allows the above advantages to be preserved.
  • Figure 3 is a partial sectional view of Figure 2 along 3-3.
  • valves 2 In a cylinder head 1 of an internal combustion engine represented in FIG. 1, are essentially associated in a manner known per se, valves 2, housings 3 of spark plugs, a coolant 4, valve guides 5 provided with seals 6, return springs 7, cups 8, screws 9 for adjusting the play, rocker arms 10 mounted on rocker shafts 11, control cams 12.
  • a cylinder head cover 13 provided with cooling fins 14 covers this cylinder head 1 which contains a viscous oil bath 15 for lubrication thermally insulated from this cylinder head by a coating 17.
  • the rocker arms 10 each have a lower part 10, provided with a shoe 10 2 and embedded in the oil bath 15; each of these rockers pivots in its middle on a shaft 11 and has around its pivot axis, a circular groove 10 3 which opens towards the bottom of the bath 15 in a lower channel 10 4 .
  • a variant shown in Figures 2 and 3 relates to an overhead valve control by overhead camshaft with direct valve attacks.
  • the cam nose 12 1 projects oil by centrifugation into the groove 10 3 of the rocker arm 10 via the lower channel 10 4 and thus makes it possible to continuously lubricate the rocker shaft 11. Simultaneously, the oil splashes 16 external to the oil bath 15 are sufficient to lubricate the contact surface between the valve 2 and the clearance adjusting screw 9.
  • the coating 17 consisting either of an insulating material, for example plastic, or by an air knife taken in particular between two walls, makes it possible to maintain a sufficient viscosity of the oil in the hot bath. This thermal insulation limits the flow of heat which comes from the cylinder head 1 and heats the oil in the bath 15.
  • the cooling fins 14 of the cylinder head cover 13 contribute to evacuating the heat flow produced by the friction of the distribution. .
  • a highly viscous oil circulation with the independent upper bath 21 and supplied by the lower oil bath 31 serving as a reservoir, by means of the low pressure pump 32 allows ensuring the continuous lubrication of the sliding surfaces of the pushers 22 coming into contact with the cams 23 by the pads 38.
  • the viscous oil of the bath 31 rises successively through the channel 30, the groove 28 and the hole 27 in the oil ramp formed by the internal bore 25 of the shaft with cams 24. This oil then feeds through holes 26 judiciously drilled in the cams 23, the upper oil bath 21 before the pushers 22 attack by the sides of these cams. The viscous oil may then fall back into the lower bath 31 serving as a reservoir for closing the lubrication circuit of the distribution.
  • the seals 39 mounted on the valve guides 36 limit oil consumption as much as possible and a thermally insulating material can separate the oil baths 21 and 31 from the cylinder head. 20.

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Description

  • La présente invention se rapporte à un dispositif de commande de soupape, en particulier dans un moteur à arbre à cames en tête, du type comportant une came rotative et des moyens de transmission coopérant avec cette came pour communiquer à une soupape, un mouvement alternatif de levée, à l'encontre de la force exercée par un ressort de rappel assurant la retombée de la soupape. Les soupapes de distribution sont couramment commandées soit directement par une came par l'intermédiaire d'un poussoir, soit par un culbuteur, lui-même commandé par une came ou par une tige.
  • Ces différentes solutions nécessitent en particulier un graissage par alimentation sous pression d'huile ; cette huile doit présenter une viscosité compatible avec le fonctionnement des autres organes du moteur à combustion interne et notamment des paliers pour lesquels cette viscosité doit de préférence rester faible.
  • Mais une faible viscosité perturbe notamment le fonctionnement de la came par :
    • - des frottements élevés dus à une épaisseur extrêmement faible du film d'huile situé entre la came et le culbuteur ou le poussoir et à l'instabilité de ce film ; le couple d'entraînement de l'arbre à cames peut alors devenir très pénalisant pour les petites cylindrées ;
    • - des usures importantes, accélérées par la présence de déchets de combustion faisant office de grains abrasifs.
  • Un but essentiel de la présente invention consiste à remédier aux inconvénients précités par une disposition particulière des organes de commande de soupapes pour un moteur à combustion interne.
  • L'objet de l'invention est un dispositif de commande de soupape du type précité dans lequel, suivant une particularité de l'invention, la surface de glissement des moyens de transmission entrant en contact avec la came reste immergée dans un bain d'huile de lubrification indépendant présentant une viscosité élevée de 0,2 à 1 Poiseuille.
  • Cette disposition permet une lubrification séparée du dispositif de commande de soupape par barbotage en huile visqueuse.
  • Une double condition de propreté et de réduction des frottements peut ainsi être assurée car les hautes viscosités favorisent la formation d'un film d'huile entre la came et les moyens de transmission tels qu'un culbuteur et un poussoir.
  • En effet, des essais ont montré que le couple d'entraînement du dispositif de commande de soupape est réduit de moitié avec une lubrification très visqueuse, située notamment dans une plage de 0,2 à 1 Poiseuille (200 à 1 000 centipoises).
  • Le dispositif de commande de soupape conforme à l'invention permet aussi de ne pas perdre un gain de frottement par l'emploi d'une pompe à huile auxiliaire de performances élevées. Suivant une autre particularité de l'invention, les moyens de transmission précités sont constitués par un culbuteur pivotant en son milieu sur un arbre de culbuteur et pourvu autour de son axe de pivotement de saignées qui débouchent dans le bain d'huile indépendant.
  • L'arbre de culbuteur peut ainsi être lubrifié en permanence par barbotage.
  • Suivant une autre particularité de l'invention, les moyens de transmission précités sont constitués par un poussoir immergé dans un bain d'huile visqueuse supérieur. Il s'agit d'une variante pour une attaque directe de soupapes qui permet de conserver les avantages précédents.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description explicative qui suit, en se reportant aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemples illustrant deux modes de réalisation de l'invention et dans lesquels :
    • la figure 1 représente une vue en coupe partielle transversale d'une tête de cylindre d'un moteur à combustion interne, avec une commande de soupape à came conforme à l'invention par came et culbuteur,
    • la figure 2 est une vue en coupe partielle longitudinale d'une tête de cylindre d'un moteur à combustion interne, avec une commande de soupape à came conforme à l'invention par came et poussoir,
  • et la figure 3 est une vue en coupe partielle de la figure 2 suivant 3-3.
  • A une culasse 1 d'un moteur à combustion interne représentée à la figure 1, sont essentiellement associés de façon connue en soi, des soupapes 2, des logements 3 de bougies d'allumage, un fluide de refroidissement 4, des guides de soupape 5 munis de joints d'étanchéité 6, des ressorts de rappel 7, des coupelles 8, des vis 9 de réglage de jeu, des culbuteurs 10 montés sur des arbres de culbuteur 11, des cames de commande 12.
  • Un couvre-culasse 13 muni d'ailettes de refroidissement 14 recouvre cette culasse 1 qui contient un bain d'huile visqueuse 15 de lubrification thermiquement isolé de cette culasse par un revêtement 17.
  • Les culbuteurs 10 présentent chacun une partie basse 10, munie d'un patin 102 et noyée dans le bain d'huile 15 ; chacun de ces culbuteurs pivote en son milieu sur un arbre 11 et présente autour de son axe de pivotement, une gorge circulaire 103 qui débouche vers le fond du bain 15 dans un canal inférieur 104.
  • Une variante représentée aux figures 2 et 3 est relative à une commande de soupapes en tête par arbre à cames en tête à attaques directes des soupapes.
  • Sur ces figures sont représentés :
    • - une culasse 20 pourvue d'un bain d'huile visqueuse supérieur 21 dans lequel sont immergés des poussoirs 22 attaqués par des cames 23 ;
    • - un arbre à cames 24 muni d'un alésage interne 25 qui communique par des trous 26 judicieusement pratiqués dans les cames 23 avec le bain d'huile supérieur 21 d'une part, et par un trou traversant 27, une gorge intérieure 28 d'un palier 29 et un canal d'alimentation 30 débouchant dans la gorge 28, avec un bain d'huile visqueuse inférieur 31 ;
    • - une pompe à huile sous basse pression 32 entraîné par l'arbre à cames 24 par l'intermédiaire d'un ensemble de pignons 33 ;
    • - et de façon conventionnelle, des soupapes 34, des ressorts de rappel 35 de soupape, des guides de soupape 36, des coupelles d'attaque 37 de soupape, des pastilles 38 de poussoir assurant le contact avec les cames 23 et des joints d'étanchéité à l'huile 39 montés sur les guides 36.
  • Le dispositif de commande de soupape précédemment décrit fonctionne de la manière suivante :
    • Comme le montre la figure 1, la partie basse 10, du culbuteur 10 est entièrement noyée dans l'huile du bain 15 ; par conséquent, la lubrification de la surface de glissement de ce culbuteur entrant en contact par le patin 102 avec la came de commande 12 partiellement immergée est assurée en permanence.
  • Le nez de came 121 projette de l'huile par centrifugation dans la gorge 103 du culbuteur 10 par l'intermédiaire du canal inférieur 104 et permet ainsi de lubrifier continuellement l'arbre 11 de culbuteur. Simultanément, les projections d'huile 16 extérieures au bain d'huile 15 suffisent à lubrifier la surface de contact entre la soupape 2 et la vis 9 de réglage de jeu. Le revêtement 17 constitué, soit par un matériau isolant par exemple plastique, soit par une lame d'air prise notamment entre deux parois, permet de conserver une viscosité suffisante de l'huile du bain 15 à chaud. Cette isolation thermique limite le flux de chaleur qui provient de la culasse 1 et chauffe l'huile du bain 15. De plus, les ailettes de refroidissement 14 du couvre-culasse 13 contribuent à évacuer le flux de chaleur dégagée par le frottement de la distribution.
  • La montée en température de l'huile de lubrification est ainsi limitée de manière efficace.
  • Dans la variante représentée sur les figures 2 et 3, une circulation d'huile fortement visqueuse avec le bain supérieur 21 indépendant et alimenté par le bain d'huile inférieur 31 servant de réservoir, par l'intermédiaire de la pompe sous basse pression 32 permet d'assurer en permanence la lubrification des surfaces de glissement des poussoirs 22 entrant en contact avec les cames 23 par les pastilles 38.
  • Sous l'action de la pompe sous basse pression 32, l'huile visqueuse du bain 31 remonte successivement par le canal 30, la gorge 28 et le trou 27 dans la rampe d'huile constituée par l'alésage interne 25 de l'arbre à cames 24. Cette huile alimente ensuite au travers des trous 26 judicieusement percés dans les cames 23, le bain d'huile supérieur 21 avant l'attaque des poussoirs 22 par les flancs de ces cames. L'huile visqueuse est susceptible de retomber ensuite dans le bain inférieur 31 servant de réservoir pour boucler le circuit de lubrification de la distribution.
  • Comme pour la commande de soupapes par culbuteurs et cames, les joints d'étanchéité 39 montés sur les guides de soupape 36 limitent au mieux la consommation d'huile et un matériau thermiquement isolant peut séparer les bains d'huile 21 et 31 de la culasse 20.
  • Afin de rendre compatible l'utilisation d'huiles à fortes viscosités avec le bon fonctionnement des paliers d'arbre à cames et réduire ainsi les frottements de façon optimale, une solution simple consiste à se servir de paliers usuels à arcs partiels.

Claims (7)

1. Dispositif de commande de soupape, pour un moteur à combustion interne à arbres à cames en tête, du type comportant une came rotative (12, 23) et des moyens de transmission (10, 22) coopérant avec cette came pour communiquer à une soupape (2, 34) un mouvement alternatif de levée, à l'encontre de la force exercée par un ressort de rappel (7, 35) assurant la retombée de la soupape (2, 34), caractérisé en ce que la surface de glissement desdits moyens de transmission (10, 22) entrant en contact avec ladite came (12, 23) reste immergée dans un bain d'huile de lubrification (15, 21) indépendant présentant une viscosité élevée de 0,2 à 1 Poiseuille (200 à 1 000 centipoises).
2. Dispositif de commande de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de transmission sont constitués par un culbuteur (10) pivotant en son milieu sur un arbre (11) de culbuteur et pourvu autour de son axe de pivotement, de saignées (103, 104) qui débouchent dans ledit bain d'huile (15) pour le graissage par centrifugation dudit arbre (11) de culbuteur.
3. Dispositif de commande de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de transmission sont constitués par un poussoir (22) immergé dans un bain d'huile visqueuse (21) supérieur.
4. Dispositif de commande de soupape selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit bain supérieur (21) est alimenté à partir d'un bain d'huile inférieur (31) par l'intermédiaire d'une pompe sous basse pression (32), d'un canal (30) et d'une gorge (28) pratiqués dans un palier (29) d'arbre à cames (24), d'un trou (27) traversant cet arbre à cames et débouchant dans un alésage interne (25) formant rampe d'huile, et de trous (26) judicieusement percés dans les cames (23) dudit arbre (24).
5. Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un matériau thermiquement isolant (17) sépare ledit bain d'huile indépendant (15, 21, 31) de ladite culasse (1. 20).
6. Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'arbre à cames (24) correspondant à ladite came (12, 23) tourne dans des paliers à arcs partiels pour réduire le frottement de ceux- ci en huile visqueuse.
7. Dispositif de commande de soupape selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un joint d'étanchéité (6, 39) est monté sur le guide (5, 36) de ladite soupape (2, 34) pour réduire la consommation d'huile.
EP84400209A 1983-02-03 1984-01-31 Dispositif de commande à came, notamment pour soupapes de moteurs à combustion interne Expired EP0115996B1 (fr)

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EP0115996A1 EP0115996A1 (fr) 1984-08-15
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