FR2749346A1 - Dispositif hydraulique de commande de soupape a commande libre - Google Patents

Abstract

Dans ce dispositif de commande comportant une soupape de levage (1) possédant une tige de soupape (2) et des ressorts (14, 15, 18) d'ouverture et de fermeture et qui est relié à un piston de commande situé dans une chambre de travail (11) et qui dans une position délimite en partie une chambre de pression (28) pouvant être séparée hydrauliquement de la chambre de travail, la pression du liquide de travail dans la chambre (28) est réglable également lorsque la chambre de pression (28) est séparée hydrauliquement de la chambre de travail (11), et la chambre de pression (28) peut être chargée par une pression pour déclencher le déplacement de la soupape. Application notamment aux moteurs à combustion interne pour véhicules automobiles.

Description

L'invention concerne un dispositif de commande hydraulique de soupape à

commande libre pour une soupape de levage, notamment d'un moteur à combustion interne, qui comporte une tige de soupape et un moyen formant ressort agissant sur cette tige de soupape dans le sens de fermeture de la soupape, ainsi qu'un second moyen formant ressort, qui agit au moins par instants sur la tige de la soupape dans le sens de l'ouverture de la soupape, et dans lequel la soupape de levage ou un poussoir de soupape, actionnant cette soupape, est relié au moins à un piston de commande, qui est disposé dans une chambre de travail et est chargé sur ses deux faces par un liquide de travail et qui, au niveau de ses positions d'extrémité, délimite en partie respectivement une chambre de pression qui fait partie de la chambre de travail et peut être séparée hydrauliquement de cette dernière, la pression du liquide de travail et la force de précontrainte du second moyen formant ressort étant réglables pendant le fonctionnement

du dispositif de commande de soupape.

D'après le document DE 195 01 495 C1, on connaît déjà un dispositif de commande hydraulique de soupape à commande libre, qui comprend une soupape de levage comportant une tige de soupape et un ressort hélicoïdal de pression agissant sur cette tige de soupape dans le sens de fermeture de la soupape, et un ressort de pression hydraulique agissant par instants dans le sens d'ouverture de la soupape. Le dispositif de commande de soupape comprend un piston de commande, qui est disposé dans une chambre de travail et peut être chargé avec un liquide de travail et qui, au niveau de ses positions d'extrémité, délimite respectivement en partie une chambre de pression associée à la chambre de travail et pouvant être séparée hydrauliquement de cette dernière. La pression du liquide de travail dans la chambre de travail peut être réglée par l'intermédiaire d'une source de pression et d'une soupape de commutation pouvant être actionnée électroniquement et d'une canalisation d'alimentation. La précontrainte du second moyen formant ressort est réglable pendant le

fonctionnement du dispositif de commande de la soupape.

En ce qui concerne l'arrière-plan technique général, on se reportera également au document DE

38 36 725 C1.

L'invention a pour but de perfectionner un dispositif de commande hydraulique de soupape du type indiqué de manière que les forces de commande pour la soupape de levage soit aussi faibles que possible, et ce

avec un fonctionnement en permanence fiable.

Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un dispositif du type indiqué caractérisé en ce que la pression du liquide dans la chambre de pression est réglable également dans le cas o la chambre de pression est séparée hydrauliquement de la chambre de travail, et que la chambre de pression peut être chargée par une

pression pour déclencher le déplacement de la soupape.

Un avantage du dispositif selon l'invention réside dans le fait que les forces d'actionnement de la soupape peuvent être particulièrement bien adaptées aux forces d'ouverture de la soupape, qui sont effectivement nécessaires, et que simultanément seul le liquide de travail doit être chargé dans le volume relativement faible de la chambre de pression, qui peut être séparée hydrauliquement de la chambre de travail, avec la pression élevée nécessaire pour l'ouverture de la soupape de levage

à l'encontre de la pression dans la chambre de combustion.

Par exemple dans le fonctionnement en frein-moteur, des forces particulièrement intenses d'ouverture de la soupape sont nécessaires étant donné qu'ici la soupape doit être repoussée à l'encontre de la pression élevée régnant dans la chambre de combustion, vers la fin du cycle de compression, auquel cas le travail dit de refoulement de la soupape doit être mis en oeuvre. En raison de la pression élevée dans la chambre de combustion et de la surface active du plateau de soupape, les forces nécessaires de

refoulement de la soupape dans le fonctionnement en frein-

moteur sont plus élevées, de plusieurs ordres de grandeur, que dans le fonctionnement d'entraînement ou lors de la marche de ralenti du moteur à combustion interne. La force d'ouverture particulièrement intense agit uniquement sur une première course partielle dans le cas de l'ouverture de la soupape et ce jusqu'à ce que le piston plongeur sorte de la chambre de pression associée. Une force plus faible d'ouverture de la soupape suffit alors pour la poursuite de la course de déplacement de la soupape étant donné qu'après l'ouverture de la soupape d'échappement, il se produit déjà une détente importante de la pression de la chambre de

combustion dans le conduit d'échappement.

Par rapport à des dispositifs de commande électromagnétique de soupapes, le dispositif électrohydraulique à commande libre selon la présente invention présente notamment également des avantages du point de vue du principe étant donné qu'on n'utilise aucun électroaimant lourd, de grande taille et nécessitant des courants intenses, pour produire les forces de commande correspondantes. Dans le dispositif de commande de soupape selon l'invention, des composants électriques sont nécessaires uniquement pour la commande électrique des interrupteurs utilisés pour la commande de l'envoi de la pression pour les différentes conduites d'alimentation en

pression du dispositif de commande de soupape.

Dans le dispositif d'actionnement de soupape selon l'invention, il ne se produit aucune consommation d'huile de pression pendant le déplacement de la soupape, et au contraire seul circule un écoulement d'huile réactif interne relativement faible, ce qui est particulièrement avantageux en ce qui concerne les temps de commande des

soupapes et la consommation en énergie du dispositif.

L'envoi d'énergie s'effectue dans une large mesure d'une manière autocommandée, lorsque la soupape de levage est

dans sa position fermée.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la soupape de levage peut être retenue en position par la détente de pression dans la chambre de pression qui est séparée hydrauliquement de la chambre de travail, lorsque

le piston de commande est dans la position d'extrémité.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le liquide de travail situé dans la chambre de travail est chargé par une pression pendant l'ensemble du cycle de

déplacement de la soupape.

Les deux variantes de réalisation indiquées précédemment concernent des formes de réalisation préférées. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de commande de soupape comporte, du côté de la chambre de pression tourné à l'opposé de la chambre de travail, au moins un canal de détente de pression et une autre chambre de pression, le canal de détente de pression et l'autre chambre de pression pouvant être ouverts et fermés par la soupape de levage ou par le poussoir de soupape, et l'autre chambre de pression et un volume hydraulique, couplé au second moyen formant ressort étant reliés par un conduit hydraulique. Un avantage de cette forme de réalisation selon l'invention réside dans le fait qu'une pression résiduelle encore éventuellement présente une fois que la soupape est complètement ouverte, est supprimée dans le volume hydraulique de sorte que le déplacement de fermeture de la soupape peut être déclenché de façon fiable et qu'une fermeture complète de la soupape

est garantie.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le second moyen formant ressort comprend un ressort ou une combinaison de plusieurs ressorts, et la perte d'énergie, qui apparaît pendant un cycle de déplacement de la soupape, peut être compensée au moyen d'une variation cyclique de la force de précontrainte du second moyen formant ressort. Un avantage lié à la variation de la force de précontrainte du second moyen formant ressort dans cette forme de réalisation réside dans le fait que d'une part la perte d'énergie, qui apparaît essentiellement par frottement lors de l'actionnement du dispositif, peut être compensée par un serrage complémentaire du second moyen formant ressort et que d'autre part on obtient une fermeture sûre de la soupape ouverte par le fait qu'une force résiduelle de précontrainte, éventuellement trop intense, du second moyen formant ressort peut être réduite de sorte que la force du premier moyen formant ressort peut produire de façon sûre

le déplacement de fermeture.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la soupape ferme le conduit hydraulique lorsque les pressions du liquide de travail dans le volume hydraulique et dans la chambre de travail sont approximativement égales. Un avantage de cette forme de réalisation réside dans le fait que dans le cas d'une défaillance éventuelle de l'alimentation en huile sous pression, dans chaque position de la soupape de levage, sa fermeture sûre est garantie par le fait que dans le cas d'une défaillance de la pression dans la chambre de travail, une détente de la pression du liquide de travail dans le volume hydraulique est également garantie et qu'ainsi la fermeture de la soupape de levage est garantie par le premier moyen formant

ressort.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'autre chambre de pression, qui est accouplée au volume hydraulique, possède une canalisation séparée d'alimentation hydraulique ainsi qu'une soupape de commutation et le second moyen formant ressort peut être détendu au moyen d'une détente de pression du volume hydraulique. Cet agencement permet de réaliser également, de façon simple, des courses partielles pouvant être prédéterminées, et ce sur la section de pénétration du piston plongeur supérieur dans la chambre de pression associée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le liquide de travail dans la chambre de pression et dans l'autre chambre de pression peut être chargé par des pressions différentes, et que pour le déclenchement du déplacement de la soupape alors que la soupape de levage est fermée, la chambre de pression est chargée avec une pression supérieure à celle présente dans l'autre chambre

de pression associée.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la transmission de force entre le second moyen formant ressort et la tige de la soupape de levage ou le poussoir de soupape est réalisée à l'aide de moyens hydrauliques

(vérin hydraulique, volume hydraulique).

Selon une autre caractéristique de l'invention, le second moyen formant ressort comprend un ressort ou une combinaison de plusieurs ressorts, et la perte d'énergie, qui apparaît pendant un cycle de déplacement de la soupape, peut être compensée au moyen d'une variation cyclique de la

force de précontrainte du second moyen formant ressort.

Selon une autre caractéristique de l'invention, à l'intérieur du piston de commande est disposée une soupape, à l'aide de laquelle un conduit hydraulique, qui s'étend entre le volume hydraulique et la chambre de travail à travers le poussoir de soupape ou la soupape de levage,

peut être ouvert ou fermé.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la soupape ouvre le conduit hydraulique présent entre le volume hydraulique et la chambre de travail, lorsque la pression du liquide de travail dans le volume hydraulique est plus élevée que dans la chambre de travail Selon une autre caractéristique de l'invention, après le déclenchement du déplacement de la soupape, la soupape de levage est ouverte sur une course partielle pouvant être prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée

ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente, dans un premier exemple de réalisation, un dispositif de commande hydraulique de soupape à commande libre, dans le cas o une soupape de levage est fermée, dans un boîtier d'un moteur à combustion interne non représenté, comportant un premier moyen formant ressort agissant dans le sens de fermeture de la soupape et un second moyen formant ressort agissant sur un poussoir de soupape dans le sens d'ouverture de la soupape, ce second moyen formant ressort étant disposé entre un vérin hydraulique et la culasse dans le prolongement de l'axe de la soupape de levage et pouvant être introduit dans le vérin hydraulique du poussoir de soupape; - la figure 2 représente le dispositif de commande de soupape de la figure 1 selon une représentation dans laquelle la soupape de levage est complètement ouverte; - la figure 3 représente, dans un second exemple de réalisation, un dispositif de commande de soupape analogue à la figure 1, dans lequel est disposé, à l'intérieur d'un piston de commande du poussoir de soupape, une soupape antiretour, avec laquelle un conduit hydraulique entre un moyen hydraulique et une chambre de travail peut être ouvert ou fermé; et - la figure 4 montre, dans un troisième exemple de réalisation, un dispositif de soupape de commande analogue à la figure 3 avec commande séparée de pression pour une chambre de pression pour l'obtention d'une course partielle pouvant être prédéterminée pour la soupape de levage. Sur les figures 1 et 2, on a représenté un dispositif de commande hydraulique de soupape à commande libre comportant une soupape de levage 1 ainsi qu'une tige de soupape 2, qui est guidée dans un renfoncement 3 de la soupape formé dans une culasse ZK d'un moteur à combustion interne non représenté. La soupape de levage 1 est

représentée dans la position fermée.

Un poussoir de soupape 4 s'applique selon une liaison de force, au niveau de la face frontale supérieure

2' de la tige de soupape 2 contre cette dernière, le pous-

soir de soupape 4 étant guidé dans des guides 4a et 4b du poussoir aménagés dans un carter 5 du moteur à combustion interne. La soupape de levage 1 comporte, en dehors de la tige de soupape 2, un plateau de soupape 6 et un siège de soupape 6a. Le poussoir de soupape 4 comporte un piston de commande 8, qui sera décrit plus loin de façon plus détaillée et est agencé de préférence d'un seul tenant avec le poussoir de soupape 4. Le piston de commande 8 comprend deux pistons plongeurs 9 et 10, qui sont reliés d'un seul tenant au piston de commande, le piston plongeur 9 étant disposé sur le côté supérieur et le piston plongeur 10 sur

le côté inférieur du piston de commande 8.

Dans le carter 5 est présente, entre les deux guides 4a et 4b du poussoir, une cavité, qui forme une chambre de travail 11 pour le piston de commande 8 ainsi que pour les pistons plongeurs 9 et 10, le poussoir de soupape 4 traversant la chambre de travail 11. Entre un logement de ressort 12 de la tige de soupape 2 et un logement de ressort 13 formé dans la culasse ZK du moteur à combustion interne est disposé un premier moyen formant ressort 14 qui agit dans le sens de fermeture de la soupape. Le moyen formant ressort 14 est un ressort hélicoïdal de pression 15, qui prend appui dans les logements 12, 13 pour ressorts et est fixé dans ces derniers. La liaison de force entre la soupape de levage 1 et le poussoir de soupape est garantie par le fait que le ressort hélicoïdal de pression 15 repousse en permanence la soupape de levage 1 contre la face frontale inférieure 4' du poussoir de soupape 4, indépendamment de l'état de

fonctionnement du dispositif de commande de soupape.

A la face frontale supérieure 4" du poussoir de soupape 4 est raccordé un moyen hydraulique HM servant à transmettre une force entre le second moyen formant ressort 16 et le poussoir de soupape 4, le moyen hydraulique HM comprenant un vérin hydraulique Z et un volume hydraulique vH. Le volume hydraulique VH est délimité essentiellement par le vérin hydraulique Z et la face frontale 4" du poussoir de soupape 4, qui peut être inséré dans le vérin hydraulique Z, et communique, d'une manière décrite plus loin de façon plus détaillée, avec le système hydraulique du dispositif de commande de soupape. Le vérin hydraulique Z est relié à un second moyen formant ressort 16, qui agit dans le sens de l'ouverture de la soupape et qui comprend un ressort hélicoïdal 18 (ressort de pression). Le ressort hélicoïdal 18 est disposé entre des logements 46 et 49 pour le ressort, dans le prolongement de l'axe 33 du poussoir de soupape, le logement de ressort 46 étant une coupelle pour ressort qui est reliée au vérin hydraulique Z et à laquelle est fixée une tige 47, qui fait saillie à partir du logement pour ressort 46 en direction de l'autre logement pour ressort 49. Le ressort hélicoïdal 18 est emmanché sur la tige 47. Simultanément dans le logement pour ressort 49 est disposée une butée 48, contre laquelle peut s'appliquer la tige 47 lors du bandage du ressort de pression 18. Le ressort hélicoïdal 18 (ressort de pression) est bandé par le fait que le liquide de travail situé dans le volume hydraulique VH est chargé par une pression et que par conséquent le vérin hydraulique Z repousse la coupelle 46 pour ressort et applique une précontrainte au ressort hélicoidal 18 jusqu'à ce que la tige 47 fixée à la coupelle

pour ressort s'applique contre la butée 48 (voir figure 1).

Le volume hydraulique VH, qui forme simultanément un espace de levage pour le poussoir de soupape 4, est relié par des canaux de pression 19 et 20, qui s'étendent dans le poussoir de soupape 4, à une rainure de commande 21 du poussoir de soupape 4, qui comporte deux arêtes de

commande 22 et 23.

D'une manière qui sera décrite plus loin de façon plus détaillée, la rainure de commande 21 est reliée par instants, selon une liaison hydraulique, à un conduit de pression 24 en forme de gorge annulaire, qui est disposé autour du poussoir de soupape 4 et est situé dans le carter et qui est relié par l'intermédiaire d'un conduit 25 ainsi que d'une canalisation 26 à une canalisation

d'alimentation en pression 45-45'.

La chambre de travail 11 enveloppe le piston de commande 8 ainsi que les pistons plongeurs 9 et 10, et deux chambres de pression 28 et 29, qui sont associées respectivement aux pistons plongeurs 9 et 10, sont disposées dans la chambre de travail 11. Le piston plongeur 9 peut être introduit, au niveau de la position d'extrémité supérieure du piston de commande 8 (voir figure 1), dans la chambre de pression 28 et le piston plongeur 10 peut être introduit dans la chambre de pression 29, au voisinage de la position d'extrémité inférieure du piston de commande 8 (voir figure 2), ce qui a pour effet que le piston plongeur 9 ou 10 forme une limitation partielle de la chambre de

pression respectivement associée 28 ou 29.

Dans la chambre de travail 11 est disposé un fluide de travail (par exemple de l'huile hydraulique, de l'huile lubrifiante ou du carburant), qui est placé en permanence sous pression par l'intermédiaire d'une source de pression non représentée (pompe du liquide de travail)

par l'intermédiaire de la canalisation d'alimentation 30.

Dans la zone de la position d'extrémité supérieure du piston de commande 8, la chambre de pression 28 peut être chargée par une pression, par l'intermédiaire d'un conduit de raccordement 31, formé par le poussoir de soupape 4 entre ce dernier et le carter 5, ainsi que par

l'intermédiaire du conduit de pression 34 (voir figure 1).

De façon analogue, dans la zone de la position d'extrémité inférieure du piston de commande 8, la chambre de pression 29 peut être chargée en pression par l'intermédiaire d'un conduit de raccordement 32 ainsi que par l'intermédiaire du

conduit de pression 35 (voir figure 2).

Le piston de commande 8 ainsi que les pistons plongeurs 9 et 10 peuvent être chargés sur leurs deux faces

par le liquide de travail dans la chambre de travail 11.

Lorsque le piston plongeur 9 ou 10 pénètre dans la chambre de pression 28 ou 29, il se produit une séparation hydraulique entre la chambre de pression respective 28 ou

29 et la chambre de travail 11.

En raison de la distance radiale existant entre le piston de commande 8 et la paroi intérieure de la chambre de travail 11, le piston de commande 8 est agencé de telle sorte qu'après la sortie de l'un des deux pistons plongeurs 9, 10 hors de la chambre de pression associée 28 et 29, la chambre de travail 11 et les deux chambres de pression 28 et 29 sont reliées entre elles hydrauliquement, la liaison hydraulique de la chambre de pression 28 ou 29

étant formée par la chambre de travail 11 elle-même.

La force de précontrainte du second moyen formant ressort 16 (ressort hélicoïdal 18) peut être réglée d'une manière décrite plus loin de façon plus détaillée, par le moyen hydraulique HM pendant le fonctionnement du dispositif de commande hydraulique de soupape. Dans le cas o le liquide de travail est détendu dans les chambres de pression 28 et 34 et dans le cas o le second moyen formant ressort 16 est bandé, le premier moyen formant ressort 14 (ressort hélicoïdal de pression 15) maintient la soupape de levage 1 dans une position fermée étant donné que la pression dans la chambre de travail 11 et appliquée à la surface active du piston de commande 8 vainc, en association avec la force du premier moyen formant ressort

14, la force du second moyen formant ressort 16.

La perte d'énergie, qui apparait pendant un cycle de déplacement de la soupape, peut être compensée par l'intermédiaire d'une variation cyclique de la force de précontrainte du second moyen formant ressort 16. Lorsque la soupape de levage 1 est fermée, la pression de travail dans le volume hydraulique VH peut être établie par l'intermédiaire des conduits de pression 19, 20 ainsi que de la rainure de commande 21, et par l'intermédiaire du conduit de pression en forme de gorge annulaire 24 et de la canalisation 26, à partir de la canalisation d'alimentation

de pression 45 - 45'.

Lorsque la soupape de levage 1 est fermée et qu'on désire son ouverture, une pression d'huile peut être établie dans les chambres de pression 28, 34 par l'intermédiaire de la canalisation de liaison 36 avec une soupape de commutation électrique 27, tandis que la chambre de travail 11 est chargée en permanence par une pression par l'intermédiaire des canalisations d'alimentation en pression 45, 30. La liaison de la canalisation de liaison 36 avec une canalisation de détente de pression 17, qui aboutit à un réservoir 38, ou avec la canalisation d'alimentation en pression 45, 45', qui est reliée à une pompe d'un fluide de travail, peut être établie ou interrompue au choix par l'intermédiaire de la soupape électrique de commutation 27 (par exemple une soupape électromagnétique). Les surfaces F1-F6, qui sont actives du point de vue hydraulique, du piston de commande 8 du poussoir de soupape 4 sont orientées perpendiculairement ou obliquement par rapport à l'axe 33 du poussoir de soupape, l'axe 33 du poussoir de soupape rencontrant de préférence un prolongement d'un axe 33a de la soupape de levage (voir figure 1), pour éviter des forces transversales inutiles dans le guide de soupape 3 ou dans les guides 4a et 4b du

poussoir.

Sous l'effet d'une charge en pression dans les chambres de pression 28, 29 et qui sont associées aux positions d'extrémité du piston de commande 8, une composante de force, qui correspond à la partie en projection de la surface respective F1-F6, est produite parallèlement à l'axe 33 du poussoir de soupape. Les surfaces F1-F6, qui sont efficaces du point de vue hydraulique, du poussoir de commande 8 sont égales, lorsque le piston plongeur 9 ou 10 est ressorti hors de la chambre de pression 28 ou 29, dans la direction d'ouverture de la

soupape et dans la direction de fermeture de la soupape.

Les surfaces F1/F6, F2/F5 et F3/F4 sont égales et sont disposées symétriquement par rapport à un plan

perpendiculaire à l'axe 33 de la soupape de levage.

Dans le cas o un piston plongeur 10 est introduit dans la chambre de pression 29, la soupape de levage ouverte 1 (voir figure 2) peut être retenue dans sa position ouverte sous l'effet de la détente de pression du liquide de travail dans la chambre de pression 29 et sous l'effet de l'application, qui se poursuit, de la pression au liquide de travail dans la chambre de travail 11, à l'encontre de la pression du premier moyen formant ressort 14 (ressort hélicoïdal de pression 15) ainsi qu'à l'encontre d'une force agissant éventuellement dans le sens de fermeture de la soupape et appliquée au plateau de

soupape 6.

Les conduits de pression 34 et 35 sont situés au-

dessus et au-dessous de la chambre de travail 11 et peuvent être reliés au choix, par l'intermédiaire de canalisations de liaison 36 ou 37 (par l'intermédiaire de la soupape de commutation électromagnétique 27), à un réservoir 38 (canalisation de détente de pression 17) ou à la canalisation d'alimentation en pression 45. La liaison hydraulique entre le conduit de liaison 31 et le conduit de pression 34 est commandée par une rainure de commande 39, qui est disposée dans le poussoir de soupape 4, ainsi que par l'intermédiaire d'une arête de commande 40 (voir figure 1). Une liaison hydraulique entre le conduit de liaison 32 et le conduit de pression 35 s'effectue, de façon analogue, par une rainure de commande 42 située dans le poussoir de soupape 2 ainsi que par une arête de commande 44 (voir figure 2). Les conduits de liaison 31, 32 débouchent en des emplacements 41, 43 dans la rainure de commande respective

39 (voir figure 1) ou 42 (voir figure 2).

Lorsque le piston de commande 8 est dans la position d'extrémité supérieure, la surface inclinée F3 est repoussée contre un siège S1 de la chambre de travail 11, ce qui a pour effet que la chambre de pression 28 est séparée hydrauliquement de la chambre de travail 11 (voir figure 1). De façon analogue, lorsque le piston de commande 8 est dans la position d'extrémité inférieure, la surface oblique F4 est repoussée contre un siège S2 de la chambre de travail 11, ce qui a pour effet que la chambre de pression 29 est séparée hydrauliquement de la chambre de

travail 11 (voir figure 2).

Ci-après, on va décrire le fonctionnement du dispositif de commande hydraulique de soupape selon l'invention et on va l'expliquer en référence à un cycle de déplacement de la soupape, à partir de la position fermée,

représentée sur la figure 1, de la soupape de levage.

Tout d'abord le dispositif est placé dans l'état prêt -à fonctionner par le fait que le liquide de travail est entraîné hors du réservoir 38 au moyen d'une pompe non représentée d'entraînement du liquide de travail, et une pression d'alimentation est établie dans les canalisations d'alimentation en pression 45, 46, 47' et 30. La soupape de commutation 27 est située dans la position représentée par des lignes formées de tirets sur la figure 1 de sorte que la canalisation de liaison 36 est reliée à la canalisation de détente de pression 17. Indépendamment de l'état de commutation de la soupape électrique de commutation 27, la charge en pression dans les canalisations 26 (en direction du conduit de pression 24) et dans la canalisation d'alimentation 30 (en direction de la chambre de travail

11) avec le liquide de travail est garantie par l'intermé-

diaire de la canalisation d'alimentation en pression 45'.

La pression du liquide de travail dans le volume hydraulique VH est établie par l'intermédiaire de la canalisation 26, du conduit 25, de la rainure de commande 21 et des conduits de pression 20 et 19, ce qui a pour effet que le ressort hélicoïdal 18 est bandé. Le vérin hydraulique Z ainsique le volume hydraulique VH sont utilisés comme système hydraulique de transmission de force entre le poussoir de soupape 4 et le ressort hélicoïdal de pression 18 de sorte que seule la force de serrage du ressort hélicoïdal de pression 18 agit sur le système

ressort - masse du côté du second moyen formant ressort 16.

Les chambres de pression 28, 34 sont déchargées en pression par l'intermédiaire de la canalisation 36, en raison de la position, représentée par des lignes formées de tirets sur la figure 1, qui est prise par la soupape électrique de commutation 27 (liaison de la canalisation 17 de détente de pression et de la canalisation de liaison 36) dans le cas d'une charge permanente en pression de l'espace

de travail 11, ce qui a pour effet que le système ressort -

masse est bloqué dans sa position d'extrémité supérieure (voir figure 1), car la face supérieure du piston de commande 8 (piston plongeur 9) est détendue en raison de la liaison entre la chambre de pression 28 et le réservoir 18 du liquide de travail par l'intermédiaire du conduit de liaison 31 ainsi que du canal annulaire de détente de pression 34 et de la canalisation de liaison 36. La pression dans la chambre de travail 11 charge au contraire la surface active hydraulique correspondante présente sur le piston de commande 8 (des surfaces annulaires F5 et F6 perpendiculaires à l'axe 33 de la soupape de levage ainsi que la surface annulaire F4 inclinée par rapport à cet axe) et produit une force antagoniste résultante, qui repousse le piston de commande 8 vers le haut. La soupape de levage

1 reste par conséquent fermée.

Pour retenir fermement la soupape de levage 1 dans la position d'extrémité supérieure ou inférieure de déplacement, une détente de pression est réalisée dans les chambres de pression 28, 34 ou 29, 35. Pour le déclenchement du déplacement de la soupape de levage, la soupape électromagnétique 27 est actionnée (ceci est représenté par une ligne en trait plein sur la figure 1) de sorte que le piston plongeur 9 ou 10, qui a pénétré respectivement dans le cylindre plongeur 28 ou 29, est chargé par une pression. Par conséquent il existe en quelque sorte un équilibre de pression au niveau du piston double 8 de sorte que la force de verrouillage est au moins partiellement supprimée. En raison de la présence du ressort qui est respectivement précontraint plus fortement dans la position d'extrémité, la soupape de changement de gaz se déplace maintenant et le piston de commande 8 ainsi que le poussoir de soupape 4 et la soupape de levage 1 peuvent alors commencer leur oscillation depuis la position d'extrémité supérieure en direction de la position d'extrémité inférieure ou inversement. Une fois que le piston plongeur respectif 9 ou 10 a quitté le cylindre plongeur 28 ou 29, qui lui est associé, la soupape électromagnétique 27 peut être rétractée (ceci est

représenté par une ligne formée de tirets sur la figure 1).

Lors du déplacement de la soupape de levage 1 dans le sens d'ouverture de la soupape, déjà au bout d'une très faible course de la soupape (au plus tard lorsque le piston plongeur 9 ressort de la chambre de pression 28), l'arête de commande 40 interrompt la liaison hydraulique entre la chambre de travail 11 et la canalisation de liaison 36, et aucun liquide de travail ne peut refluer dans le cas o la soupape de commutation 27 est commutée dans la position représentée par une ligne formée de tirets

sur la figure 1.

Lorsque le piston plongeur 9 est complètement ressorti hors de la chambre de pression 28, dans la zone de la position d'extrémité supérieure du piston de commande 8, la chambre de pression 28 et la chambre de pression 29 sont reliées entre elles hydrauliquement par l'intermédiaire de la chambre de travail 11. A partir de cet instant, la pression dans la chambre de travail 11 n'a plus aucune influence sur le comportement du piston de commande 8, en raison de la symétrie indiquée plus haut des surfaces

déterminantes F1-F6 du piston de commande 8.

La soupape de commutation est alors à nouveau commutée (représentation par une ligne formée de tirets sur la figure 1) de sorte que le conduit de pression 28, 34 est déchargé en pression. Ce processus n'a aucune influence sur le déplacement du piston de commande 8. Il faut cependant être certain que, lors de la pénétration du piston de commande 10 dans la chambre de pression 29, la détente de pression de la chambre de pression 29 est garantie par l'intermédiaire de la canalisation 37 et de la soupape de commutation 27 et au moyen de la canalisation 17. La pression dans la chambre de travail 11 maintient alors fermement le système ressort - masse dans sa position

d'extrémité inférieure.

Le poussoir de soupape 4 ouvre la liaison hydraulique entre le conduit de liaison 32 et le conduit de pression 35 peu avant que le piston de commande 8 ait atteint sa position d'extrémité inférieure avec son arête de commande 44. Le piston plongeur 10 ferme la liaison entre la chambre de travail 11 et la chambre de pression 29, auquel cas les différentes pressions au niveau des surfaces actives hydrauliques du piston de commande 8 (piston plongeur 9/10) font apparaître sur le piston de commande 8, dans le sens de l'ouverture de la soupape, une force résultante qui déplace le système ressort - masse en l'amenant dans sa position d'extrémité inférieure et l'y maintient fermement, ce qui a pour effet que la soupape de

levage 1 reste ouverte (voir figure 2).

La perte d'énergie, qui apparaît lors de l'exécution du déplacement, est compensée par l'intermédiaire d'une variation cyclique de la force de précontrainte du ressort hélicoïdal de pression 18. Ceci s'effectue, lorsque le système ressort - masse est dans la position d'extrémité inférieure, au moyen de la suppression d'une pression résiduelle encore existante dans le volume hydraulique VH par l'intermédiaire des conduits de pression 19 et 20 ainsi que la rainure de commande 21 dans le conduit annulaire de détente de pression 17' ainsi que dans

la canalisation de détente de pression 17 (voir figure 2).

Lorsque le système ressort - masse est dans la position finale inférieure, l'arête de commande 23 de la rainure de commande 21 est située dans la zone du conduit annulaire de détente de pression 17' Lors du déplacement de recul de la soupape de levage 1 venant dans sa position d'extrémité supérieure, le ressort hélicoïdal de pression 15, qui est précontraint plus fortement que le second moyen formant ressort 16 (ressort hélicoïdal 18), garantit que la soupape atteint sa position. En raison de la réduction précédente de la pression résiduelle dans le volume hydraulique VH, le ressort hélicoïdal 18 ne peut plus être précontraint avec la force de précontrainte initiale. La différence, qui apparaît, de la force de précontrainte est par conséquent compensée dans la position d'extrémité supérieure du système ressort - masse (voir figure 1) par l'intermédiaire de la canalisation 26 ainsi que du conduit 25, de la rainure de commande 21 et des conduits de pression 19, 20, 24, au moyen de la charge en pression du liquide de travail dans le volume hydraulique VH dans le vérin hydraulique Z. Ceci garantit qu'au début du cycle suivant de travail, le ressort hélicoïdal de pression 18 est précontraint plus

fortement que le ressort hélicoïdal de pression 15.

L'énergie envoyée au système ressort - masse peut être modifiée, dans les deux positions d'extrémité du système, indépendantes l'une de l'autre, par modification des pressions entre lesquelles le ressort hélicoïdal de pression 18 fonctionne. Ces variations de pression peuvent être établies au moyen de dispositifs de régulation de pression non représentés, pour les pressions régnant dans la canalisation d'alimentation en pression 45 et dans le

réservoir 38.

En particulier dans le cas du fonctionnement en frein-moteur, lors du déplacement de retour de la soupape, tout d'abord seul le ressort hélicoïdal de pression 18 est bandé, alors que, lorsque la tige 47 s'applique contre la butée 48, la pression du liquide de travail dans le volume hydraulique VH peut être accrue de façon supplémentaire, et ce par exemple par l'intermédiaire d'une alimentation séparée en pression de la canalisation 26 par l'intermédiaire d'une autre canalisation d'amenée 45", qui peut être prévue en supplément de la canalisation d'amenée 45', auquel cas des soupapes antiretour non représentées sont alors disposées dans la canalisation 45 ou 45' Avec un tel dispositif, le volume hydraulique VH fonctionne en tant que ressort hydraulique de sorte que le ressort représente, conjointement avec le ressort hélicoïdal 18, un circuit série de ressorts. Pour le déplacement de l'ouverture de la soupape, on obtient un excès de force dans la direction d'ouverture de la soupape, étant donné que la force du second moyen formant ressort 16 dépasse celle du premier moyen formant ressort 14 (ressort hélicoïdal de pression 15) dans la position médiane A (= demi-course de la soupape). Lorsque la soupape de levage 1 est dans la position complètement ouverte, la soupape de levage 1 est maintenue dans sa position ouverte sous l'effet de la détente de pression, décrite plus haut, par l'intermédiaire du conduit annulaire 35. Au contraire, lors du déplacement de fermeture de la soupape, un excès de force règne dans le sens de fermeture de la soupape étant donné que la force du premier moyen formant ressort 14 dépasse celle du second moyen formant ressort 16, dans la position médiane M. Par conséquent, on est certain que la position d'extrémité

correspondante de déplacement este atteinte de façon sûre.

Sur la figure 3, on a représenté, dans un second exemple de réalisation, un dispositif de commande de soupape analogue à la figure 1, auquel cas à l'intérieur d'un piston de commande 8 du poussoir de soupape 4 est disposée une soupape 7, au moyen de laquelle un conduit hydraulique 44 peut être ouvert ou fermé entre le volume hydraulique VH et la chambre de travail 11. Les mêmes composants sur les figures 1 et 2 sont désignés par les

mêmes chiffres de référence.

La soupape 7 est agencée sous la forme d'une soupape antiretour chargée par un ressort, qui comprend un ressort 7', une bille de fermeture 7" et une surface formant siège de soupape S3. La soupape antiretour est disposée de telle sorte que la bille de fermeture 7" est écartée de la surface S3 du siège de soupape, à l'encontre de la force de précontrainte du ressort 7', lorsque la pression dans le volume hydraulique VH dépasse la pression présente dans la chambre de travail 11. Lorsque la pression dans la chambre de travail 11 est supérieure ou égale à la pression dans le volume hydraulique VH, la liaison hydraulique entre la chambre de travail 11 et le volume

hydraulique VH est interrompue.

Lorsque le dispositif de commande selon l'invention fonctionne normalement, le cas o la pression dans le volume hydraulique VH est supérieure à la pression dans la chambre de travail 11, ne se présente pas. Mais dans le cas d'une défaillance de l'alimentation en huile sous pression, la soupape antiretour 7 selon l'invention garantit que, indépendamment de la position présente de la soupape de levage 1, cette dernière est amenée dans sa position fermée (représentée) par le fait que la pression dans le volume hydraulique VH peut être détendue par l'intermédiaire de la conduite hydraulique 44 dans la chambre de travail 11, que par conséquent le ressort 14 ferme la soupape de levage 1 et que le poussoir de soupape 4 pénètre dans le cylindre Z. Dans la forme de réalisation de l'invention selon la figure 3, le liquide de travail situé dans le volume hydraulique VH ne peut par conséquent pas être plus fortement chargé par une pression que ne l'est le liquide

de travail dans la chambre de travail 11.

La figure 4 représente, dans un troisième exemple de réalisation, un dispositif de commande de soupape analogue à la figure 3, mais avec une commande séparée de la pression pour une chambre de pression pour l'exécution d'une course partielle pouvant être prédéterminée pour la soupape de levage 1. Les composants identiques sur les figures 1 à 3 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. La canalisation 26 aboutissant au conduit de pression 24 peut être reliée au choix, par l'intermédiaire d'une autre soupape de commutation 27' (par exemple une soupape électromagnétique), à la canalisation d'alimentation en pression 45" ou à la canalisation de détente de pression 17 (retour). Lorsque la soupape de commutation 27' est dans la position représentée, il n'existe aucune différence de fonctionnement par rapport à

l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3.

Mais si la soupape de commutation 27' est commutée dans la position représentée par des lignes formées de tirets sur la figure 4, le ressort hélicoïdal 18 du second moyen formant ressort 16 peut être détendu pour la production d'un écoulement du fluide de travail à travers la soupape de commutation 27' dans le circuit de retour. Si le déplacement de la soupape de levage 1 est alors déclenché, cette soupape se déplace, jusque sur une certaine course partielle HT, pour laquelle le piston plongeur supérieur 9 ressort de la chambre de pression associée 28 et se bloque dans cette position. Si la soupape de commutation 27' pour le déclenchement du déplacement de la soupape est à nouveau ramenée dans la position représentée par une ligne en trait plein sur la figure 4, la soupape de levage 1 revient dans sa position fermée représentée, sous l'action de la force du ressort de

fermeture 15 (premier moyen formant ressort 14).

Avec la forme de réalisation proposée selon la figure 4, il est par conséquent possible de régler la soupape de levage 1 sur une course partielle HT, définie par la section de pénétration du piston plongeur 9 dans la chambre de pression 28, de l'y maintenir fermement et de la

refermer à un instant pouvant être choisi librement.

Avec ce dispositif de commande de soupape, on peut obtenir sans problème des courses usuelles de la soupape pour des durées de commande de par exemple 5 - 10 millisecondes avec une consommation d'énergie d'environ 100

- 250 watts (pour 50 ouvertures de la soupape par seconde).

Dans les exemples de réalisation représentés, la tige de soupape 2 et le poussoir de soupape 4 ainsi que le piston de commande 8 sont formés de deux éléments, mais la tige de soupape et le poussoir de soupape ainsi que le piston de commande peuvent naturellement être également

réalisés d'un seul tenant.

Dans une autre forme de réalisation, la séparation par instants des chambres de pression 28, 29 par rapport à la chambre de travail 11 peut être réalisée au moyen de sièges d'étanchéité coniques ou plats, qui sont formés entre la chambre de pression 28 ou 29 et le piston de commande 8. Par exemple les surfaces F1/F3 et F2/F4 pourraient être également réalisées, non pas sous la forme du siège conique (comme cela est représenté dans l'exemple de réalisation) mais sous la forme d'un siège d'étanchéité plat. Aussi bien dans la forme de réalisation avec un siège conique que dans la forme de réalisation avec le siège d'étanchéité plat, la séparation intermittente des chambres de pression 28, 29 peut s'effectuer exclusivement au moyen de ces sièges d'étanchéité coniques ou plats, ce qui a pour effet que l'on peut alors supprimer le piston plongeur de

l'exemple de réalisation indiqué plus haut.

Le dispositif de commande de soupape à commande libre, décrit plus haut, peut être utilisé pour toutes les commandes de soupapes de levage, notamment pour des soupapes d'admission et d'échappement de moteurs à

combustion interne et de compresseurs à pistons.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de commande hydraulique de soupape pour une soupape de levage, notamment d'un moteur à combustion interne, qui comporte une tige de soupape et un moyen formant ressort agissant sur cette tige de soupape dans le sens de fermeture de la soupape, ainsi qu'un second moyen formant ressort, qui agit au moins par instants sur la tige de la soupape dans le sens de l'ouverture de la soupape, et dans lequel la soupape de levage ou un poussoir de soupape, actionnant cette soupape, est relié au moins à un piston de commande, qui est disposé dans une chambre de travail et est chargé sur ses deux faces par un liquide de travail et qui, au niveau de ses positions d'extrémité, délimite en partie respectivement une chambre de pression qui fait partie de la chambre de travail et peut être séparée hydrauliquement de cette dernière, la pression du liquide de travail et la force de précontrainte du second moyen formant ressort étant réglables pendant le fonctionnement du dispositif de commande de soupape, caractérisé en ce que la pression du liquide dans la chambre de pression (28) est réglable également dans le cas o la chambre de pression (28) est séparée hydrauliquement de la chambre de travail (11), et que la chambre de pression (28) peut être chargée par une pression pour

déclencher le déplacement de la soupape.

2. Dispositif hydraulique de commande de soupape selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de levage (1) peut être retenue en position par la détente de pression dans la chambre de pression (28;29) qui est séparée hydrauliquement de la chambre de travail (11), lorsque le piston de commande (8) est dans la position d'extrémité.

3. Dispositif hydraulique de commande de soupape

selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce

que le liquide de travail situé dans la chambre de travail (11) est chargé par une pression pendant l'ensemble du

cycle de déplacement de la soupape.

4. Dispositif hydraulique de commande de soupape

selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que le dispositif de commande de soupape comporte, du côté de la chambre de pression (28) tourné à l'opposé de la chambre de travail (11), au moins un canal de détente de pression (17') et une autre chambre de pression (24), le canal de détente de pression (17') et l'autre chambre de pression (24) pouvant être ouverts et fermés par la soupape de levage (1) ou par le poussoir de soupape (4), et l'autre chambre de pression (24) et un volume hydraulique (VH), couplé au second moyen formant ressort (16) étant reliés par un conduit hydraulique

(19,20).

5. Dispositif hydraulique de commande de soupape selon la revendication 4, caractérisé en ce que le liquide de travail dans la chambre de pression (28) et dans l'autre chambre de pression (24) peut être chargé par des pressions différentes, et que pour le déclenchement du déplacement de la soupape alors que la soupape de levage (1) est fermée, la chambre de pression (28) est chargée avec une pression supérieure à celle présente dans l'autre chambre de

pression (24).

6. Dispositif hydraulique de commande de soupape

selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,

caractérisé en ce que la transmission de force entre le second moyen formant ressort (16) et la tige (2) de la soupape de levage (1) ou le poussoir de soupape (4) est réalisée à l'aide de moyens hydrauliques (vérin hydraulique

z, volume hydraulique (VH).

7. Dispositif hydraulique de commande de soupape

selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce que le second moyen formant ressort (16) comprend un ressort (18) ou une combinaison de plusieurs ressorts, et que la perte d'énergie, qui apparait pendant un cycle de déplacement de la soupape, peut être compensée au moyen d'une variation cyclique de la force de

précontrainte du second moyen formant ressort (16).

8. Dispositif hydraulique de commande de soupape

selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,

caractérisé en ce qu'à l'intérieur du piston de commande (8) est disposée une soupape (7), à l'aide de laquelle un conduit hydraulique (44), qui s'étend entre le volume hydraulique (VH) et la chambre de travail (11) à travers le poussoir de soupape (4) ou la soupape de levage (2), peut

être ouvert ou fermé.

9. Dispositif hydraulique de commande de soupape selon la revendication 8, caractérisé en ce que la soupape (7) ferme le conduit hydraulique (44) lorsque les pressions du liquide de travail dans le volume hydraulique (VH) et dans la chambre de travail (11) sont approximativement égales.

10. Dispositif hydraulique de commande de soupape selon la revendication 8, caractérisé en ce que la soupape (7) ouvre le conduit hydraulique (44) présent entre le volume hydraulique (VH) et la chambre de travail (11), lorsque la pression du liquide de travail dans le volume hydraulique (VH) est plus élevée que dans la chambre de

travail (11).

11. Dispositif hydraulique de commande de soupape

selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,

caractérisé en ce que l'autre chambre de pression (24), qui est accouplée au volume hydraulique (VH) possède une canalisation séparée d'alimentation hydraulique (45") ainsi qu'une soupape de commutation (27') et que le second moyen formant ressort (16) peut être détendu au moyen d'une

détente de pression du volume hydraulique (VH).

12. Dispositif hydraulique de commande de soupape selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'après le déclenchement du déplacement de la soupape, la soupape de levage (1) est ouverte sur une course partielle (HT)

pouvant être prédéterminée.

13. Dispositif hydraulique de commande de soupape selon la revendication 12, caractérisé en ce que la course partielle (HT) de la soupape de levage (1) peut être déterminée au moyen d'une hauteur de pénétration du piston

plongeur (9) du piston de commande (8).