FR3070719A1 - Arbre a cames pour moteur a combustion - Google Patents

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Abstract

Arbre à cames (1) pour un moteur à combustion (5), caractérisé en ce qu'il comprend au moins une came (2) mobile comprenant: - une première chambre (A) et une deuxième chambre (B), - un élément élastique (13) tendant à maintenir la came (2) dans une position de repos, - un premier conduit (17) disposé au sein de l'arbre à cames (1) relié à la première chambre (A) de la came (2), et - un deuxième conduit (18) disposé au sein de l'arbre à cames (1) relié à la deuxième chambre (B) de la came (2), ladite au moins une came (2) possédant, par rapport à l'arbre à cames (1), au moins deux positions de travail, une position de levée maxi et une position de levée mini selon que au moins une des première et deuxième chambre (A, B) est alimentée en huile sous pression.

Description

Arbre à cames pour moteur à combustion
L'invention concerne un arbre à cames pour moteur à combustion. L'invention concerne également un procédé de contrôle du fonctionnement de cet arbre à cames.
Dans un moteur à combustion de véhicule automobile, un arbre à cames commande l’ouverture des soupapes, qui permettent l’admission des gaz vers la chambre à combustion et l’échappement des gaz brûlés. Lorsqu'un moteur à combustion tourne à haut régime, le temps de transfert des gaz du collecteur d'admission vers le cylindre est plus court et le moteur est moins bien alimenté en air, entraînant ainsi une diminution de ses performances.
Le but de l'invention est de fournir une solution permettant de s'affranchir de l'inconvénient ci-dessus lorsque le moteur tourne à haut régime.
À cet effet, l'invention concerne un arbre à cames pour un moteur à combustion qui comprend au moins une came mobile comprenant:
- une première chambre et une deuxième chambre,
- un élément élastique tendant à maintenir la came dans une position de repos,
- un premier conduit disposé au sein de l'arbre à came relié à la première chambre de la came, et
- un deuxième conduit disposé au sein de l'arbre à cames relié à la deuxième chambre de la came, ladite au moins une came possédant, par rapport à l'arbre à cames, au moins deux positions de travail, une position de levée maxi et une position de levée mini selon que au moins une des première et deuxième chambre est alimentée en huile sous pression.
Avantageusement, la au moins une came peut être montée mobile en translation dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'arbre à cames par rapport à l'arbre à cames.
En outre, l'arbre à cames peut être monté mobile en rotation autour d'un axe d'un axe d'arbre à cames et les deux chambres de la au moins une came peuvent être agencées de part et d'autre dudit axe d'arbre à cames.
En particulier, l'élément élastique peut être fixé à l'intérieur de la deuxième chambre de la came, et comprend une première extrémité fixée à l'arbre à cames et une deuxième extrémité fixée à la came, de sorte à exercer un effort de rappel sur la came dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe d'arbre à cames.
Avantageusement, la première chambre de la came peut être telle que son remplissage en fluide sous pression est apte à déplacer la came relativement à l'axe d'arbre à cames à l'encontre de l'effort exercé par l'élément élastique.
La présente invention se rapporte également à un moteur à combustion comprenant un arbre à cames tel que décrit ci-dessus relié à au moins une soupape.
La présente invention se rapporte aussi à un groupe motopropulseur comprenant un moteur à combustion tel que décrit ci-dessus ou un arbre à cames tel que décrit ci-dessus. Le groupe motopropulseur comprend un calculateur d'injection, une première électrovanne permettant d’ouvrir ou de fermer l’entrée d’un premier conduit relié à une première chambre d’une came et une deuxième électrovanne permettant d’ouvrir ou de fermer l’entrée d’un deuxième conduit relié à une deuxième chambre de ladite came de sorte à piloter le remplissage de fluide sous pression dans la première ou la deuxième chambre de ladite came.
En outre, le groupe motopropulseur peut comprendre un capteur de régime moteur pour mesurer le régime du moteur à combustion, une liaison de communication entre ledit capteur de régime moteur et le calculateur d'injection pour actionner la première électrovanne ou la deuxième électrovanne en fonction du régime du moteur.
La présente invention se rapporte encore à un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur tel que décrit ci-dessus.
L'invention se rapporte se rapporte encore à un procédé de contrôle d'un arbre à cames pour un moteur à combustion tel que décrit ci-dessus, ledit procédé comprenant une étape de pilotage de l’arbre à cames par une commande d’injection de fluide sous pression vers l’arbre à cames de sorte à positionner au moins une came mobile relativement à l’arbre à cames dans une position choisie.
À cet effet, l'étape de pilotage peut comprendre une commande d'ouverture ou de fermeture de deux électrovannes.
Avantageusement, l'étape de pilotage peut comprendre le positionnement d'au moins une came dans une première position de levée mini à bas régime du moteur et le positionnement de la même au moins une came dans une deuxième position de levée maxi à haut régime du moteur.
Ces objets, caractéristiques et avantage de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles:
La figure 1 illustre une vue en coupe par un plan médian au niveau d’une soupape d'une partie de moteur à combustion comprenant un arbre à cames dont une came se trouve dans une première position de travail selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 2 illustre une vue en coupe par un plan médian au niveau d’une soupape d'une partie de moteur à combustion comprenant un arbre à cames dont une came se trouve dans une deuxième position de travail selon le mode de réalisation de l’invention.
La figure 3 illustre une vue en coupe d’une partie de moteur selon le mode de réalisation de l’invention.
Les figures 4a et 4b illustrent schématiquement respectivement les deux positions de travail d’une came d’un arbre à cames selon le mode de réalisation de l’invention.
Les figures 5a et 5b illustrent schématiquement respectivement les deux positions de travail d’une came d’un arbre à cames en coopération avec une soupape selon le mode de réalisation de l’invention.
La figure 6 illustre schématiquement un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 6 représente un véhicule automobile 7 selon un mode de réalisation comprenant un groupe motopropulseur 6, comprenant un moteur à combustion 5 qui comprend un arbre à cames 1. Ce dernier est commandé par deux électrovannes 21, 22, selon un fonctionnement qui sera détaillé par la suite.
Le moteur à combustion 5 selon le mode de réalisation de l’invention est plus particulièrement visible sur la figure 3. Il comprend un arbre à cames 1 agencé au sein d’une culasse 8. L'arbre à cames 1 est globalement de forme cylindrique, est monté mobile en rotation autour de son axe 11 d'arbre à cames. L'arbre à cames 1 comprend plusieurs cames dont au moins une came 2 mobile par rapport à l’axe 11 et à l’arbre à cames 1. De manière préférentielle, la came 2 agit sur une soupape d’admission. Elle peut également agir sur une soupape d’échappement. De plus, La commande de la soupape s’effectue par l’intermédiaire d’un linguet et d’une butée hydraulique.
Dans ce mode de réalisation, la came 2 est montée mobile en translation dans une direction perpendiculaire à l'axe 11 d'arbre à cames. Pour cela, la came 2, plus particulièrement visible sur les figures 4 et 5, comprend une première chambre A et une deuxième chambre B. Ces deux chambres A, B sont aptes à recevoir et contenir de l'huile sous pression, ou plus généralement tout fluide sous pression. Les première et deuxième chambres A et B ont chacune globalement une forme de section rectangulaire, sont réparties de part et d’autre de l’axe 11 de l’arbre à cames 1, et sont agencées dans le prolongement de l’axel 1 de l’arbre à came.
Selon le mode de réalisation, les première et deuxième chambres sont parties d’une chambre cylindrique dont l’axe est orthogonal à l’axe de l’arbre à cames. Elles sont séparées l’une de l’autre par un pion cylindrique. Ledit pion est apte à coulisser selon l’axe de la chambre cylindrique pour réduire ou accroître le volume de la première chambre, entraînant respectivement de fait et de façon opposée, l’augmentation ou la réduction du volume de la deuxième chambre. La came présente de manière préférentielle une ouverture oblongue traversée par l’arbre à cames.
De manière préférentielle, les dimensions du pion cylindrique sont sensiblement complémentaires à celles de la chambre cylindrique, au jeu de fonctionnement près, afin que le coulissement du pion dans la chambre cylindrique n’entraine pas de fuite importante d’huile par l’ouverture oblongue de la came. Une fuite de moindre importance par le coulissement du pion cylindrique est acceptable.
Le pion est traversé radialement par l’arbre à cames et est fixé solidaire à l’arbre à cames.
La came 2 comprend de plus un élément élastique 13, agencé au sein de l’une des deux chambres. Dans le mode de réalisation représenté, l’élément élastique est agencé dans la deuxième chambre B. Pour cela, l'élément élastique 13 se présente sous la forme d’un ressort dont une première extrémité est fixée sur la surface intérieure de la deuxième chambre B et une deuxième extrémité est fixée sur le pion solidaire de l'axe 11 d'arbre à cames. L’axe du ressort s’étend selon une direction perpendiculaire à l’axe 11 d’arbre à cames 2, permettant ainsi à cet élément élastique d’accompagner le déplacement de la came 2 relativement à l’arbre à cames 1, comme cela sera détaillé par la suite.
Comme cela apparaît sur la figure 3, l’arbre à cames 1 est traversé par un premier et un deuxième conduits 17, 18 respectivement reliés à la première et deuxième chambres A, B de la came 2 vers leur extrémité de sortie. Par exemple, un conduit d’amenée relié d’un côté à l’un des deux conduits et débouchant du côté opposé dans la première ou deuxième chambre peut être creusé dans le pion cylindrique. Ces deux conduits s’étendent globalement parallèlement à l’axe 11 d’arbre à cames 1 au sein de l’arbre à cames, et comprennent une extrémité d’entrée reliée respectivement à des gorges 15, 16 débouchant à la périphérie de l’arbre à came, et sont aptes à conduire de l’huile depuis l’extérieur de l’arbre à cames jusqu’aux conduits 17, 18 de l’arbre à cames 1 puis jusqu’aux chambres A, B de la came 2. En complément, la culasse 8 est de même traversée par deux conduits 35, 36 orientant de l’huile provenant de l’extérieur jusqu’à respectivement les deux gorges 15, 16. Finalement, un premier conduit 31 (regroupant les conduits 35, 15, 17) et un deuxième conduit 32 (regroupant les conduits 36, 16, 18) permettent de relier respectivement les deux chambres A, B de la came 2 à un circuit d’huile de la culasse.
Le groupe motopropulseur 6 comprend de plus une première électrovanne 21 et une deuxième électrovanne 22. La première électrovanne 21 ouvre ou obture le premier conduit 31 amenant de l'huile dans la première chambre A de la came 2. La deuxième électrovanne 22 ouvre ou ferme l'arrivée de l'huile du deuxième conduit 32 amenant de l’huile dans la deuxième chambre B de la came 2 par l’intermédiaire du. Ces deux électrovannes 21, 22 sont pilotées par un calculateur d’injection. Ce dernier pilote le fonctionnement du groupe motopropulseur. Il reçoit la mesure du régime moteur par une liaison de communication avec un capteur de régime moteur.
Le fonctionnement du moteur à combustion 5 selon le mode de réalisation va maintenant être expliqué. La came 2 est mobile radialement relativement à l’axe 11 d’arbre à cames et peut occuper deux positions de travail, représentées schématiquement par les figures 4a et 4b. Dans chacune de ces deux positions, la levée de la came 2 est différente, et une soupape 4, visible sur les figures 1, 2, 5a, 5b, va présenter une mobilité de hauteur variable, dépendant de la position de travail de la came 2. En effet, la position de levée d'une came 2 est définie par la position prise par la came 2 lorsque cette dernière entraîne la levée d'une tête de soupape par l'intermédiaire d'une tige de soupape. La levée de la tête de soupape est la position permettant l'ouverture d'une soupape de sorte à laisser entrer l'air dans la chambre à combustion, dans le cas d’une soupape d'admission.
Lorsque le moteur à combustion 5 est à l'arrêt, le régime moteur est à 0%, les première et deuxième chambres A, B de la came 2 ne contiennent pas d'huile sous pression. La came 2 est maintenue dans une première position dite « position de levée mini >>, représentée par les figures 1 et 4b, par l'action de l'élément élastique 13 mentionné précédemment.
Lorsque le moteur à combustion 5 se met en marche, et tant que le régime moteur reste faible, par exemple pour les régimes moteurs allant de 0% à 50%, voire de 0% à 40%, du régime moteur maximum, le calculateur d’injection commande une entrée d’huile sous pression dans la deuxième chambre B, par l'intermédiaire de la deuxième électrovanne 22 qui ouvre l'arrivée de l'huile par l'intermédiaire du deuxième conduit 32. En parallèle, la première électrovanne 21 ferme l'arrivée de l'huile par l’intermédiaire du premier conduit 31, et la première chambre A de la came 2 ne contient pas d’huile sous pression. La came 2 est ainsi maintenue dans sa première position de levée mini et agit sur une tige de soupape 4 pour la déplacer en levée, comme représenté par la figure 5b, pour laisser entrer l'air au sein d'une chambre à combustion, non représentée sur les figures.
Pour les régimes moteurs élevés, par exemple allant de 50% à 100%, voire de 60% à 100%, du régime moteur maximum, le calculateur d’injection commande une entrée d’huile sous pression commande une entrée d’huile sous pression dans la première chambre A, par l’intermédiaire de la première électrovanne 21 qui ouvre l'arrivée de l'huile par l’intermédiaire du premier conduit 31. En parallèle, la deuxième électrovanne 22 ferme l'arrivée de l'huile par l’intermédiaire du deuxième conduit 32, et la deuxième chambre B de la came 2 ne contient pas d’huile sous pression. La came 2 est ainsi déplacée et maintenue dans sa deuxième position dite de levée maxi, représentée par les figures 2 et
4a, et agit sur une tige de soupape 4 pour la déplacer en levée, comme représenté par la figure 5a, pour laisser entrer l'air au sein d'une chambre à combustion, non représentée sur les figures.
Comme cela apparaît sur les figures 5a et 5b, lorsque la came 2 est en position de levée maxi, la soupape 4 présente une amplitude de déplacement augmentée par rapport à son déplacement avec la came 2 dans sa position de levée mini. Cela permet d’augmenter l’admission d’air par rapport à un déplacement qui serait obtenu par la came 2 en position de levée mini. Ainsi, par ces deux figures 5a et 5b, on visualise la différence de levée de soupape.
Avantageusement, l'arbre à cames pour moteur à combustion permet ainsi de compenser le déficit de transfert de gaz du collecteur d'admission vers le cylindre, et d’obtenir une admission d’air satisfaisante, notamment relativement constante, quel que soit le régime du moteur à combustion, et ainsi d'améliorer les performances du moteur à haut régime.
L’invention porte donc aussi sur un procédé de contrôle du fonctionnement d’un arbre à cames 1, qui comprend les étapes suivantes :
Le mode de réalisation particulier d'un arbre à cames a été illustré à partir d’au moins une came montée mobile en translation par rapport à l’arbre à cames, à titre non limitatif. En variante, une came pourrait présenter une autre mobilité qu’une translation relativement à l’arbre à cames. Dans tous les cas, elle présente un élément élastique tendant à la maintenir dans une position de repos, et au moins deux chambres permettant de positionner la came dans deux positions différentes relativement à l’arbre à cames.
Selon un autre mode de réalisation, la deuxième chambre B n’est pas reliée à un circuit d’huile. Ainsi le passage de l’huile dans la première aura pour effet de faire coulisser le pion cylindrique à l’encontre de l’élément élastique disposé dans la deuxième chambre B.

Claims (12)

  1. Revendications :
    1. Arbre à cames (1) pour un moteur à combustion (5), caractérisé en ce qu’il comprend au moins une came (2) mobile comprenant:
    - une première chambre (A) et une deuxième chambre (B),
    - un élément élastique (13) tendant à maintenir la came (2) dans une position de repos,
    - un premier conduit (17) disposé au sein de l'arbre à cames (1) relié à la première chambre (A) de la came (2), et
    - un deuxième conduit (18) disposé au sein de l'arbre à cames (1) relié à la deuxième chambre (B) de la came (2), ladite au moins une came (2) possédant, par rapport à l'arbre à cames (1), au moins deux positions de travail, une position de levée maxi et une position de levée mini selon que au moins une des première et deuxième chambre (A, B) est alimentée en huile sous pression.
  2. 2. Arbre à cames (1 ) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la au moins une came (2) est montée mobile en translation dans une direction sensiblement perpendiculaire à l’arbre à cames (1 ) par rapport à l'arbre à cames (1 ).
  3. 3. Arbre à cames (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’arbre à cames (1) est monté mobile en rotation autour d’un axe (11) d'arbre à cames et en ce que les deux chambres (A, B) de la au moins une came (2) sont agencées de part et d’autre dudit axe (11 ) d’arbre à cames.
  4. 4. Arbre à cames (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément élastique (13) est fixé à l’intérieur de la deuxième chambre (B) de la came (2), comprend une première extrémité fixée à l'arbre à cames (1) et une deuxième extrémité fixée à la came (2), de sorte à exercer un effort de rappel sur la came (2) dans une direction sensiblement perpendiculaire à l’axe (11 ) d’arbre à cames (1 ).
  5. 5. Arbre à cames (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première chambre (A) de la came (2) est telle que son remplissage en fluide sous pression est apte à déplacer la came (2) relativement à l’axe (11) d’arbre à cames (1) à l’encontre de l’effort exercé par l’élément élastique (13).
  6. 6. Moteur à combustion (5), caractérisé en ce qu'il comprend un arbre à cames (1) selon l'une des revendications précédentes relié à au moins une soupape (4).
  7. 7. Groupe motopropulseur (6), caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à combustion (5) selon la revendication précédente ou un arbre à cames (1) selon l'une des revendications 1 à 5, un calculateur d’injection, une première électrovanne (21) permettant d’ouvrir ou de fermer l’entrée d’un premier conduit (31) relié à une première chambre (A) d’une came (2) et une deuxième électrovanne (22) permettant d’ouvrir ou de fermer l’entrée d’un deuxième conduit (32) relié à une deuxième chambre (B) de ladite came (2) de sorte à piloter le remplissage de fluide sous pression dans la première ou la deuxième chambre (A, B) de ladite came (2).
  8. 8. Groupe motopropulseur (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de régime moteur pour mesurer le régime du moteur à combustion (5), une liaison de communication entre ledit capteur de régime moteur et le calculateur d’injection pour actionner la première électrovanne (21) ou la deuxième électrovanne (22) en fonction du régime du moteur.
  9. 9. Véhicule automobile (7), caractérisé en ce qu'il comprend un groupe motopropulseur (6) selon l'une des revendications 7 ou 8.
  10. 10. Procédé de contrôle d’un arbre à cames (1) pour un moteur à combustion (5) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de pilotage de l’arbre à cames (1) par une commande d’injection de fluide sous pression vers l’arbre à cames (1) de sorte à positionner au moins une came (2) mobile relativement à l’arbre à cames (1) dans une position choisie.
  11. 11. Procédé de contrôle d’un arbre à cames (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de pilotage comprend une commande d’ouverture ou de fermeture de deux électrovannes (21, 22).
  12. 12. Procédé de contrôle d’un arbre à cames (1) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l’étape de pilotage comprend le positionnement d’au moins une came (2) dans une première position de levée mini à bas régime du moteur et le positionnement de la même au moins une came (2) dans une deuxième position de levée maxi à haut régime du moteur.
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