FR2500530A1 - Commande desmodromique a fermetures auto-compensees pour les soupapes d'admission et d'echappement des moteurs a combustion interne - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE COMMANDE DESMODROMIQUE DESTINEE AUX SOUPAPES D'ADMISSION ET D'ECHAPPEMENT DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE. UN MANCHON CYLINDRIQUE 2 MONTE SUR LA QUEUE 3 DE LA SOUPAPE 1 EST SOLIDAIRE DE DEUX TOURILLONS RADIAUX 4 PORTES PAR UNE SURFACE LATERALE EXTERNE 5 DU MANCHON. CHAQUE TOURILLON EST EN CONTACT AVEC DEUX CAMES ANTAGONISTES CONSTITUEES PAR LES FACES LATERALES OPPOSEES D'UNE RAINURE 16 OU 17 TAILLEE DANS L'UN DES FLANCS D'UN DISQUE 18 OU 19 CALE SUR UN ARBRE A CAMES 20. UN RESSORT AUXILIAIRE 13 ENROULE AUTOUR DE LA QUEUE DE SOUPAPE 3 EST COMPRIME ENTRE UNE DOUILLE 6-7 SOLIDAIRE DE LA QUEUE DE SOUPAPE 3 ET UNE PAROI 12 DU MANCHON 2. LES DEUX FACES LATERALES DE CHAQUE RAINURE COMMANDENT, RESPECTIVEMENT, LES MOUVEMENTS D'OUVERTURE ET DE FERMETURE DE LA SOUPAPE, LE RESSORT AUXILIAIRE 13 N'INTERVENANT QUE LORSQUE LA SOUPAPE REPOSE SUR SON SIEGE 24, POUR COMPENSER LES USURES ET RATTRAPER LES JEUX. APPLICATION : REALISATION D'UNE DISTRIBUTION TRES FIABLE.

Description

La présente invention concerne une commande desmodromique destinée aux soupapes d'admission et d'échappement des moteurs à combustion interne.

On sait que dans la plupart des moteurs à combustion clas- siques à quatre temps, un dispositif mécanique mettant généralement en Jeu des cames et des culbuteurs est utilisé pour commander aveo précision le déplacement des soupapes dans le sens de l'ouverture, alors que leur déplacement dans le sens de la fermeture est assuré par un simple ressort de rappel, ce qui engendre les inconvénients suivants s
- Âu cours des sur-régimes qui peuvent se produire volontairement ou involontairement au cours d'un pilotage sportif, on assiste à un affolement des soupapes. En effet, les ressorts n'ont plus le temps, du fait d'une trop grande inertie, de rappeler les soupa pets. Le piston qui poursuit son cycle en allant à la renoontre de.

soupapes risque alors de les rattraper. Or, étant donné que les dé plaoements du piston ne sont pas parallèles aux déplacements des soupapes, tout contact entre le piston et les soupapes se traduit par une flexion de l'axe des soupapes.

- Les queue de soupape n'étant en contact avec les organes de commande que par l'intermédiaire de très petites surfaces, ce contact ne favorise pas l'écoulement des calories0 Or, on sait que le refroidissement des soupapes en contact avec les gaz chauds de la combustion est un problème oonstant sur les moteurs.

- Les pièces utilisées sont très exigeantes on puissance, d' une part du fait de leur inertie propre, et d'autre part du fait qu' il faut vaincre à chaque ouverture la résistance du ressort correspondant. La compression d'un ressort de soupape nécessite une force pouvant aller Jusqu'à 20 kg et plus.

- Les différents phénomènes de résonance et de rebondissement des soupapes et des ressorts provoquent un très mauvais remplissage des cylindres, accompagné de bruits caractéristiques qui constituent les symptomes d'une destruotion des différents organes oon cernés, tout en limitant le régime maximum du moteur.

- Les ilfférents organes tels que channes, courroies ou pignons dentés qui sont chargés de transmettre le mouvement à l'arbre à cames sont soumis à des contraintes importantes. Ces organes, qui sont le siège de bruits et de vibrations très désagréables, sont soumis à une rapide détérioration des états de surface des pièces métalliques dont ils sont composés.

On a tenté de pallier ces inconvénients en réalisant différents types de commandes desmodromiques pour lesquelles chaque soupape est généralement associée à deux cames de commande assurant 1' une le déplacement dans le sens de l'ouverture et l'autre de déplacement dans le sens de la fermeture. Ces réalisations se .ont cependant heurtées à de nouveaux problèmes
- La commande de fermeture nécessite des réglages d'une très grande précision, qui sont difficiles à mattriser compte tenu notam- ment des diverses dilatations inhérentes à l'échauffement d'un so- teur.

- Le moindre déréglage de la commande de fermeture engen drant une fermeture incomplète d'une soupape conduit instantanément au "grillage" de cette dernière
- Bans l'ensemble, les mécanismes mis an point étaient lourds, délicats, et d'un coflt de fabrication élevé.

L'invention a pour but de réaliser une commande desiodromi- que de soupapes capable d'éviter les problèmes précités tout en pal- liant les inconvénients des commandes à ressort de fermeture0
L'invention a pour but de réaliser une commande adaptable à tous les moteurs à explosion desservis par une distribution guidant un cycle à quatre temps ou suivant tout autre cycle.

L'invention a également pour but de supprimer l'affolement des soupapes aux régimes élevés, et d'éliminer les pertes de poi- sance par la suppression des phases de compression des ressortis an cours des mouvements d'ouverture des soupapes.

L'invention a également pour but de supprimer une grande partie des pièces intermédiaire à inertie importante liées aux soupa- pes, en supprimant par conséquent toutes les pertes de puissance se produisant au cours des mouvements d'ouverture et de fermeture des soupapes, les réglages délicate nécessaires au bon fonctionnement de ces mécanismes, et les coûts de fabrication élevés tant en matière première qu'en main d'oeuvre.

L'invention a également pour but de réaliser une commande favorisant l'écoulement des calories en vue d'une diminution des contraintes thermiques auxquelles sont soumises les soupapes.

L'invention a également pour but de réaliser une commande plus robuste que les commandes connues, exposées à une rupture des ressorts de rappel ainsi qu'à une rupture des queues de soupapes par le fait des trop fortes contraintes d'extension auxquelles les expose la tension des ressorts de rappel.

L'invention a également pour but de réaliser une oommande ne nécessitant plus aucun réglage à l'occasion d'un démontage suivi d' un remontage, ou à l'occasion d'opérations courantes telles qu'un rodage de soupapes ou qu'un changement de joint de culasse.

Une commande desmodromique suivant l'invention, destinée notamment aux soupapes d'admission et d'échappement des moteurs à con- bustion interne, est caractérisée en ce qu'elle comprend, pour oha- que soupape, un manchon cylindrique monté sur la queue de cette soupape et porteur de deux tourillons radiaux coaxiaux disposés symétriquement l'un à l'autre par rapport à un plan méridien de la soupape, ainsi que deux couples de aames,portées par le même arbre à cames, de façon que chaque tourillon soit en contact avec deux cames antagonistes.

Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, les deux cames antagonistee associées à chaque tourillon sont constituées par lee faces latérales opposées d'une rainure taillée dans le flanc d'un disque calé sur l'arbre à caves considéré.

Suivant une caractéristique supplénentaire de l'invention, les deux tourillons radiaux sont portEs par une surface externe du manchon cylindrique, tandis que les deux rainures correspondantes sont creusées dans les faces en regard de deux disques situés de part et d'autre du manchon cylindrique.

Suivant une variante de l'invention, les deux tourillons ra diaux s'étendent l'un vere l'autre à partir des surfaces en regard de deux oreilles solidaires, en deux emplacements diamétralement opposés, de l'extrémité axiale du manchon oylindrique tournée à l'opposé de la tette de soupape, tandis que les deux rainures COrrespQn- dantes sont creusées dans les deux faces opposées d'un même disque engagé entre lee deux oreilles.

Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, chaque tourillon est en contact avec les surfaces actives dey cames correspondantes par 1'internédiaire d'un roulement à aiguilles0
Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, un ressort auxiliaire destiné uniquement à compenser les usures et à rattraper les jeux est enroulé autour de la queue de soupape et est comprimé entre un premier épaulement prévu sur le manchon cylindri
que, et un deuxième épaulement prévu sur l'extrémité libre de la queue de soupape.

Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, le premier épaulement est constitué par une paroi annulaire de fond du manchon cylindrique qui, elle-mSme, est montée pour coulisser autour de la queue de soupape, le deuxième épaulement étant constitué par une butée rapportée sur la queue de soupape.

Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, la butée rapporté sur la queue de soupape comprend deux pièces en demi-lunes formant ensemble une douille dont la surface cylindrique externe est montée pour coulisser dans un alésage interne du manchon cylindrique et dont l'alésage interne est solidaire d'un bourrelet annulaire qui vient s'engager dans une gorge circulaire de la queue de soupape, l'alésage interne du manchon cylindrique comportant, à son extrémité axiale opposé au fond du manchon, une gorge oiroulai- re destinée à recevoir un segment amovible capable d'emprisonner la douille à l'intérieur du manchon cylindrique.

Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention.

- Figure 1 est une vue latérale simplifiée d'une commande desmodromique suivant l'invention.

- Figure 2 est une section II-II (fig 1).

- Figure 3 est vu section III-III (fig 2).

- Figure 4 est une vue éclatée n en perspective de cette com- mande.

- Figure 5 est une vu identique à la figure 2, illustrant le fonctionnement.

- Figure 6 est une vue identique à la figure 2, montrant une variante.

- Figure 7 est une vue schématique en bout de la distribution d'un moteur équipé de commandes desmodromiques suivant l'inven- tion.

On a représenté sur les figures 1 à 4 une commande aesodro- nique suivant l'invention, utilisée pour manoeuvrer une soupape clas- sique 1 d'un moteur à combustion interne. Un manchon cylindrique 2 monté sur la queue 3 de la soupape i est solidaire de deux tourillons radiaux 4 portés par la surface latérale externe 5 dudit man- ohon tandis qu'une douille comprenant deux pièces en demi-lunes 6 et 7 comporte un bourrelet annulaire 8 s'engageant dans une gorge oirculaire 9 de la queue de soupape 3.La surface cylindrique externe de cette douille est montée pour coulisser dans un alésage interne 10 du manchon 2 qui comporte lui-m8me, à son extrémité axiale tournée du côté de la tête de soupape 11, une paroi annulaire de fond 12 montée pour coulisser autour de la queue de soupape 3. Un ressort auxiliaire 13 enroulé autour de la queue de soupape 3 est comprimé entre la paroi 12 et la douille 6-7 qu'un segment amovible 14 logé dans une gorge circulaire 15 du manchon 2 emprisonne dans le man chou.

Chaque tourillon est en contact, par l'intermédiaire d'un roulement à aiguilles non représenté pour la clarté du dessin, avec deux cames antagonistes constituées par les faces latérales opposées d'une rainure 16 ou 17 taillée dans l'un des flancs d'un disque 18 ou 19 calé sur un arbre à cames 20. Les rainures 16 et 17 sont ni- tuées dans les faces en regard des disques 18 et 19, ceux-ci étant situé de part et d'autre du manchon 2. Les disques 18 et 19 sont calé. angulairement sur l'arbre à cames 20 par l'intermédiaire d'un système de cannelures ou de méplats convenablement orientés, et sont maintenus espacés l'un de l'autre le long de cet arbre à l'aide d' une entretoise 21.D'autres entretoises identiques sont utilisées pour positionner les disques associés aux autres soupapes du moteur pouvant également être montés sur l'arbre à cames 20.

Le fonctionnement est le suivant
Le mouvement d'ouverture de la soupape est commandé par la face latérale des rainures 16 et 17 qui est la plus proche de l'axe de l'arbre à cames. Au cours de ce mouvement, la soupape est pousnée positivement dans le sens de l'ouverture (flèche 22, fig. 2) par l'intermédiaire du segment 14 en contact avec la douille 6-7.

Le mouvement de fermeture de la soupape est commande par la face latérale des rainure 16 et 17 qui est la plus éloignée de 1' axe de l'arbre à cames. Au cours de ce mouvement, la soupape est tirée positivement dans le sens de la fermeture (flèche 23, fig. 2) par l'intervéntion de la paroi 12 qui prend appui sur la douille 6-7 par l'intermédiaire du ressort auxiliaire 13 sans que ce ressort ne fléchisse, ctest-à-dire sans que la douille 6-7 ne cesse d'
Stre en contact avec le segment 14.

Le ressort auxiliaire 13 a pour but de compenser les usures, et de rattraper les jeux : ce ressort, qui peut être faible, est légèrement comprimé seulement en fin de fermeture (fig 5), alors seulement que la soupape repose sur son siège 24 (voir fig. 3). Ainsi, le ressort auxiliaire 13 ne peut jouer que lorsque la soupape 1 est totalement immobile, et en appui sur son siège, ce qui élimine tout problème d'inertie. Cette disposition évite en toutes circonstances que la soupape ne reste en position d'ouserture au cours de la phase d'explosion, sans nécessiter aucun réglage délicat.

Suivant une variante illustrée sur la figure 6, chaque soupape peut n'être associée qu'à un seul et unique disque 25 engagé entre deux oreilles 26 solidaires, en deux emplacements diamétralement opposés, de 11 extrémité axiale du manchon cylindrique 2 tournée à l'opposé de la tête de soupape. Dans ce cas, les deux tourillons 27, qui s'étendent l'un vers l'autre à partir des surfaces en regard des deux oreilles, sont engagés dans des rainures 28 creusées dans les faces opposées du disque unique 25.

Le fonctionnement reste le même que pr4cddemment.

Enfin, on a représenté à titre documentaire sur la figure 7 le trajet de deux courroies crantées 29 chargées de transmettre le mouvement à la distribution d'un moteur à explosions pourvu de deux cylindres à plat montés en opposition, et équipé de commandes de soupapes conformes à l'invention. On voit que les courroies 29 n- tratnées par des pignons dentés 30 calés sur le vilebrequin passent sur des roues dentées 31 32, 33 et 34 calées chacune sur l'un des quatre arbres à cames de la diatribution, et sont tendues par des galets presseurs 35.

La commande desmodromique suivant l'invention présente notamment les avantages suivants
- Le mouvement des soupapes bénéficie d'une fiabilité absolue, puisque les ouvertures et les fermetures de celles-ci dépendent entièrement d'une commande mécanique liée au cycle du moteur par 1' intermédiaire de l'embiellage.

- Il suffit de fournir une très faible puissance pour animer cette commande desmodromique composée d'un petit nombre de pi*- ces à faible inertie.

- La suppression de pièces telles que : culbuteurs, ressorts, tiges, poussoirs et supports de culbuteurs, paliers et axes de culbuteurs, est une mesure qui permet de réaliser une économie importante tant au niveau des matières premières qu'au niveau de l'outil- lage et de la main d'oeuvre.

- Du fait de l'importance relative des surfaces de oontact, cette commande permet d'évacuer de la soupape une grande quantité de calories, ce qui diminue d'autant les risques de déformations par le jeu des dilatations.

- Cette commande assure un guidage axial de la queue de sou- pape pendant la course de la soupape, ce qui diminue le risque d' ovalisation des guides de soupape. On peut ainsi obtenir une parfaite étanchéité des soupapes à la fermeture, du fait d'une bonne portée de la tête de soupape sur son siège.

- Cette commande supprime tout risque d'affolement des soupapes, sans limitation de vitesse, et même lors des sur-régimes.

- Tout risque de grippage est exclu du fait de l'absence de pièces intermédiaires à mouvements alternatifs, et de la possibilité de placer divers jets de lubrifiant 36 (voir figure 3) aux emplacements appropriés.

- Le bruit de la distribution est pratiquement nul compte tenu de l'absence de jeu à la fermeture des soupapes, et de l'absence de martèlement des pièces intermédiaires.

- En ce qui concerne le mouvement d'ouverture des soupapes, on peut réaliser des profils de cames procurant une bonne adaptation des valeurs de vitesse d'ouverture et de hauteur d'ouverture en fonction de la position du piston, en vue d'améliorer le coefficient de remplissage des cylindres. Un tel résultat est impossible à obtenir avec une distribution classique à fermeture par ressorts, où de fortes pentes de fermeture des cames engendrent inévitablement des rebondissements des soupapes, et une perte de contact entre la soupapes et leurs systèmes de commande, ces phénomènes aboutissant à un flambage des tiges de culbuteurs.

- La présence du ressort auxiliaire permet de compenser aussi bien les distorsions dues aux dilatations thermiques que les petites variations de longueur engendrées par des contraintes mécaniques telles que s martèlement, usure par frottement, matage, tassement, allongement par traction.

- Cette commande se passe de tout réglage, mis à part un calage initial des cames par rapport au vilebrequin du moteur.

- Toute erreur d'usinage ayant une conséquence vis-à-vis de la hauteur de l'arbre de commande, de la longueur des soupapes, ou de l'attelage des soupapes reste sans effet sur le fonctionnement des soupapes.

- Compte tenu de la faible inertie de cette commande, et du peu de résistance à vaincre pour mouvoir cette commande, l'entratne- ment de la distribution du moteur par l'intermédiaire d'une courroie crantée conduit à une fiabilité très élevée, et à un faible coût de fabrication, compte tenu de la simplicité d'exécution.

- L'entretien d'une distribution est pratiquement nul, du fait de l'absence de réglage. L'entretien consistera seulement en un échange périodique de la courroie crantée, à effectuer par mesure de sécurité tous les 80000 km. On sait que les commandes connues à ce jour nécessitaient un changement impératif de la courroie de distribution tous les 36000 km environ sous peine de graves incidents.

- Il n'y a aucune pièce intermédiaire à grande inertie.

- La diminution des inerties et des frottements conduit naturellement à une économie de carburant.

- Les pièces entrant en jeu dans cette commande étant de taille plus réduites que les pièces des commandes connues, il en résuite une réduction de poids, et par conséquent un gain de puissance pour le véhicule.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Commande desmodromique, destinée notamment aux soupapes d'admission et d'échappement des moteurs à combustion interne, ca ractérisée en ce qu'elle comprend, pour chaque soupape, un manchon cylindrique monté sur la queue de cette soupape et porteur de deux tourillons en contact chacun avec deux cames antagonistes portes par le même arbre à cames, tandis qu'un ressort auxiliaire destiné uniquement à compenser les usures et à rattraper les jeux est enroulé autour de la queue de soupape et est comprimé entre un premier épaulement prévu sur le manchon cylindrique, et un deuxième épaulement prévu sur l'extrémité libre de la queue de soupape.

2. Commande desmodromique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux tourillons sont des tourillons radiaux coaxiaux du manchon cylindriques disposés symétriquement l'un à 1' autre par rapport à un plan méridien de la soupape.

3. Commande desmodromique suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en oe que les deux cames antagonistes associées à chaque tourillon sont constituées par les faces latérales opposées d'une rainure taillée dans le flanc d'un disque calé sur l'arbre à cames considéré.

4. Commande desmodromique suivant la revendication 3, caraotérisée en ce que les deux tourillons radiaux sont portés par une surface externe du manchon cylindrique, tandis que les deux rainures correspondantes sont creusées dans les faces en regard de deux disques situés de part et d'autre du manchon cylindrique.

5. Commande desmodromique suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les deux tourillons radiaux s'étendent l'un vers l'autre à partir des surfaces en regard de deux oreilles latérales solidaires, en deux emplacements diamétralement opposée, de l'extré- mité axiale du manchon cylindrique tournée à l'opposé de la tête de soupape, tandis que les deux rainures correspondantes sont creusées dans les faces opposées d'un même disque engagé entre les deux oreilles.

6. Commande desmodromique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque tourillon est en contact avec les surfaces actives des cames correspondantes par l'intermédiaire d'un roulement à aiguilles.

7. Commande desmodromique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier épaulement est constitué par une paroi annulaire de fond du manchon cylindrique qui, elle-même, est montée pour coulisser autour de la queue de soupape, le deuxième épaulement étant constitué par une butée rapportée sur la queue de soupape.

9. Commande desmodromique suivant la revendication 8, caractérisée en ce que la butée rapportée sur la queue de soupape comprend deux pièces en demi-lunes formant ensemble une douille dont la surface cylindrique externe est montée pour coulisser dans un alésa- ge interne du manchon cylindrique et dont l'alésage interne est so- lidaire d'un bourrelet annulaire qui vient s'engager dans une gorge circulaire de la queue de soupape, l'alésage interne du manchon cylindrique comportant, à son extrémité axiale opposée au fond du manchon, une gorge circulaire destinée à recevoir un segment amovible capable d'emprisonner la douille à l'intérieur du manchon cylindrique.