FR3117540A1

FR3117540A1 - Arbre à cames d’un moteur à combustion interne.

Info

Publication number: FR3117540A1
Application number: FR2013134A
Authority: FR
Inventors: Viorel-Alin JAPIU
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2040-12-14
Also published as: FR3117540B1

Abstract

Titre : Arbre à cames d’un moteur à combustion interne. La présente invention a pour objet un arbre à cames (1) d’un moteur à combustion interne (108), comprenant au moins un tube (2) s’étendant le long d’une direction d’allongement principal (A) de l’arbre à cames (1) et autour duquel est disposé au moins une came (4) comprenant une portion de liaison (10) au tube (2) et au moins une portion de génération d’efforts (12) sur une soupape du moteur à combustion interne (108), la portion de génération d’efforts (12) logeant un dispositif d’augmentation (16) de la circonférence de la came (4), le dispositif d’augmentation (16) de la circonférence de la came (4) comprenant au moins un tiroir (18) susceptible de se déplacer entre deux positions (P1, P2) déterminant la circonférence de la came (4) et un organe de poussée (20) qui fait passer le tiroir (18) d’une position à l’autre. Figure 1.

Description

Arbre à cames d’un moteur à combustion interne.

Le domaine de la présente invention est celui des moteurs à combustion interne pour des véhicules, notamment automobiles. Plus précisément, l’invention porte sur un arbre à cames d’un tel moteur à combustion interne.

On connaît des arbres à cames utilisés au sein de moteur à combustion interne et permettant de commander l’ouverture des soupapes d’admission et/ou d’échappement d’un moteur à combustion interne. Pour ce faire, l’arbre à cames comprend au moins un tube sur lequel sont disposées des cames qui transforment un mouvement rotatif de l’arbre à cames en un mouvement de translation exercé sur les soupapes du moteur à combustion interne.

Chacune de ces cames présentent une forme influençant l’ouverture et/ou la fermeture des soupapes d’admission et/ou d’échappement. Chaque came comprend d’une part une portion de génération d’efforts sur les soupapes d’admission et/ou d’échappement entraînant l’ouverture des soupapes d’admission et/ou d’échappement lorsqu’elle est au contact des soupapes d’admission et/ou d’échappement, et d’autre part une portion de liaison de la came au tube et qui n’entre pas en contact avec les soupapes d’admission et/ou d’échappement.

Le temps d’ouverture de chacune de ces soupapes d’admission et/ou d’échappement est donc défini par la forme de la portion de génération d’efforts des cames, le temps d’ouverture des soupapes d’admission et/ou d’échappement correspondant au temps durant laquelle la portion de génération d’efforts des cames est en contact avec les soupapes d’admission et/ou d’échappement. Cependant, les cames sont généralement configurées pour un temps d’ouverture des soupapes d’admission et/ou d’échappement correspondant à un régime particulier du moteur à combustion interne. Ainsi, le temps d’ouverture des soupapes d’admission et/ou d’échappement est fixe et ne peut pas être adapté à chaque variation du régime du moteur à combustion interne.

Il existe dans l’art antérieur des moyens de modifier le temps d’ouverture d’une soupape comme illustré par le document US2004055548A1, mais ces moyens sont compliqués à mettre en œuvre.

Dans ce contexte, la présente invention propose une alternative aux solutions déjà existantes grâce à un dispositif d’augmentation de la circonférence de la came adaptant la forme de la came, notamment au niveau de la portion de génération d’efforts.

La présente invention a pour objet principal un arbre à cames d’un moteur à combustion interne, comprenant au moins un tube s’étendant le long d’une direction d’allongement principal de l’arbre à cames et autour duquel est disposé au moins une came comprenant une portion de liaison au tube et au moins une portion de génération d’efforts sur une soupape du moteur à combustion interne, la portion de génération d’efforts logeant un dispositif d’augmentation de la circonférence de la came, le dispositif d’augmentation de la circonférence de la came comprenant au moins un tiroir susceptible de se déplacer entre deux positions déterminant la circonférence de la came et un organe de poussée configuré qui fait passer le tiroir d’une position à l’autre. La circonférence de la came passant d’une valeur nominale à une valeur maximale présentant une longueur maximale de contact de la portion de génération d’efforts.

Le moteur à combustion interne peut être celui d’un véhicule automobile et comprend au moins une pluralité de chambres de combustion, un ou plusieurs arbres à cames et des soupapes d’admission et d’échappement. Le moteur comprend également au moins un organe de distribution assurant la transmission du mouvement rotatif du vilebrequin à l’arbre à cames.

L’arbre à cames selon l’invention comprend au moins une came et avantageusement une pluralité de cames ménagées radialement autour du tube afin d’actionner l’ouverture des soupapes d’admission et d’échappement du moteur à combustion interne.

Le dispositif d’augmentation de la circonférence de la came fait varier la forme et la circonférence de la portion de génération d’efforts sur la soupape du moteur à combustion interne en face de laquelle la came est disposée. Le coulissement du tiroir entraine la variation de la circonférence de la came, le changement de position du tiroir influençant par conséquent la durée de contact entre la came et la queue de soupape, et par conséquent le temps d’ouverture.

Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le tiroir est mobile entre une première position et une deuxième position passant d’une position à l’autre par translation le long d’une direction transversale, notamment perpendiculaire, à la direction d’allongement de la came. L’élargissement de la circonférence de la came augmente le temps d’ouverture d’une soupape d’admission ou de combustion et/ou la profondeur d’ouverture de la soupape d’admission et/ou de combustion.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’organe de poussée est mobile entre deux états le long d’une direction de poussée perpendiculaire à la direction d’allongement principale de l’arbre à cames et à la direction transversale.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’arbre à cames comprend au moins un conduit configuré pour canaliser un fluide entre une source de ce fluide externe à l’arbre à cames et l’organe de poussée, le conduit comprenant au moins un évidement central du tube.

Autrement dit, le fluide est acheminé depuis la source de ce fluide externe à l’arbre à cames jusque à l’organe de poussée à travers le conduit, le fluide pouvant par exemple être l’huile du moteur à combustion interne. On comprend que le tube de l’arbre à came comprend un évidement central constitutif du conduit, du fluide pouvant ainsi circuler dans l’évidement central du tube.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le conduit comprend au moins un passage qui s’étend au travers du tube et dans la portion de liaison.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le passage s’étend entre la portion de génération d’efforts et l’évidement central du tube.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, la portion de génération d’efforts et l’organe de poussée délimitent au moins une chambre dans laquelle débouche le conduit. Avantageusement, le passage du conduit débouche dans cette chambre.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le passage du conduit débouche dans la chambre formée par la portion de génération d’efforts et l’organe de poussée.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, la portion de génération d’efforts comprend au moins une rainure guidant le tiroir. Avantageusement, la rainure guide le tiroir pour qu’il translate le long d’un axe transversal du tiroir.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le tiroir comprend au moins un ergot coulissant dans la rainure.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le dispositif d’augmentation de la circonférence de la came comprend au moins un organe de rappel configuré pour maintenir l’organe de poussée en au moins une position qui bouche le conduit.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’organe de rappel est une lame élastique comprenant deux extrémités transversales, au moins l’une des extrémités transversales étant solidaire de l’organe de poussée. Selon une variante, l’autre extrémité transversale de la lame élastique est libre par rapport audit organe de poussée. Selon une autre variante, l’autre extrémité transversale de la lame élastique est solidaire de l’organe de poussée.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’organe de rappel est une lame élastique comprenant deux extrémités transversales solidaires de l’organe de poussée.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’organe de rappel est un élément ressort comprenant deux extrémités dont une des extrémités est solidaire du tiroir.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, la portion de génération d’efforts comprend au moins un guide de l’organe de poussée.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’organe de poussée comprend une base et un pion de poussée faisant saillie de la base et venant exercer un effort sur le tiroir.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, l’organe de poussée comprend une base et un pion de poussée faisant saillie de la base, le pion de poussée étant solidaire du tiroir. On comprend que le tiroir est mobile entre deux positions selon la direction de poussée le long de laquelle se déplace le pion de poussée.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le pion de poussée comprend une extrémité libre pourvue d’au moins un chanfrein.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le tiroir comprend au moins une face courbée affleurant la portion de génération d’efforts de la came et une face de glissement comprenant une partie biseautée en contact avec le pion de poussée.

Selon une autre caractéristique optionnelle de l’invention, le pion de poussée comprend deux chanfreins symétriques par rapport à un plan passant par le pion de poussée et dans lequel s’inscrit la direction d’allongement principal de l’arbre à cames, le dispositif d’augmentation de la circonférence de la came comprenant deux tiroirs, chacun étant agencé de part et d’autre du pion de poussée et en contact avec l’un des chanfreins.

L’invention a également pour objet un moteur de combustion interne comprenant au moins un arbre à cames selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, le moteur à combustion interne comprenant une source de fluide configurée pour faire passer le tiroir d’une position à l’autre.

L’invention concerne aussi un procédé de contrôle d’un temps d’ouverture d’au moins une soupape d’un moteur à combustion interne selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, comprenant une première étape durant laquelle une première pression d’un fluide fait passer la came d’une position de repos à une position d’expansion augmentant un temps d’ouverture de la soupape, et une deuxième étape durant laquelle une deuxième pression du fluide est réduite par rapport à la première pression du fluide, faisant passer la came de la position d’expansion à la position de repos réduisant ainsi le temps d’ouverture de la soupape. D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :

est une représentation en perspective d’un arbre à cames selon l’invention comprenant une came ;

est une représentation en perspective d’une portion de liaison et d’une portion de génération d’efforts de la came selon la ;

est une vue de dessus de la portion de liaison et de la portion de génération d’efforts de la came selon la ;

est une représentation en perspective d’un dispositif d’augmentation de la circonférence de la came selon la ;

est une représentation en perspective d’un organe de poussée du dispositif d’augmentation de la circonférence de la came selon la ;

est une représentation en perspective de deux tiroirs du dispositif d’augmentation de la circonférence de la came selon la ;

est une coupe transversale d’un des deux tiroirs selon un plan de coupe P visible sur la ;

est une représentation en perspective d’un dispositif d’augmentation de la circonférence de la came selon la lorsque les tiroirs sont dans une première position et l’organe de poussée est dans un premier état ;

est une représentation en perspective d’un dispositif d’augmentation de la circonférence de la came selon la lorsque les tiroirs sont dans une deuxième position et l’organe de poussée est dans un deuxième état ;

est une représentation en perspective d’un dispositif d’augmentation de la circonférence de la came selon la et selon un deuxième mode de réalisation ;

est une représentation schématique d’un circuit de graissage d’un fluide comprenant l’arbre à came selon la .

Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.

Dans la suite la description, le fonctionnement du moteur à combustion interne sera détaillé de manière succincte, le fonctionnement d’un tel moteur étant connu de l’homme de l’art.

La illustre partiellement un arbre à cames 1 selon l’invention d’un moteur à combustion interne, l’arbre à cames 1 comprenant au moins un tube 2 s’étendant longitudinalement le long d’une direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1 et au moins une came 4 installée radialement autour du tube 2. Le tube 2 comprend une paroi cylindrique 6 qui définit un évidement central 8 du tube 2. L’arbre à cames 1 peut comprendre une came 4, comme représenté sur la , ou plusieurs cames 4, comme plus particulièrement visible sur la , et la description à venir s’applique bien entendu à chacune des cames d’un tel arbre à cames.

L’arbre à cames 1 est constitutif d’un moteur à combustion interne, ce dernier comprenant, en plus de l’arbre à cames 1, au moins une pluralité de chambres de combustion, un vilebrequin, et une culasse qui forme par exemple un support externe destiné à recevoir l’arbre à cames 1.

Par ailleurs, le moteur à combustion interne comprend également au moins une soupape d’admission, une soupape d’échappement et un piston relié à une bielle. La soupape d’admission permet l’entrée d’un mélange gazeux dans la chambre de combustion tandis que la soupape d’échappement permet la sortie des gaz brulés par la combustion dudit mélange gazeux. Lors de la combustion du mélange gazeux dans la chambre de combustion, le piston est entrainé suivant une direction rectiligne dans un mouvement alternatif, grâce à l’explosion qui intervient d’en au moins une des chambres de combustion. Le vilebrequin du moteur à combustion interne est entrainé en rotation au moyen de la bielle qui transforme le mouvement rectiligne du piston en un mouvement rotatif.

Le vilebrequin est par ailleurs relié indirectement à l’arbre à cames 1 au moyen d’un organe de distribution qui permet de transmettre le mouvement rotatif du vilebrequin à l’arbre à cames 1, l’arbre à cames 1 étant entrainé en rotation autour de la direction d’allongement principal A.

La came 4 de l’arbre à cames 1 comprend au moins une portion de liaison 10 au tube 2 et une portion de génération d’efforts 12 sur un composant externe de l’arbre à cames 1, tel qu’un linguet ou une des soupapes du moteur à combustion interne par exemple, ledit linguet permettant de transmettre de manière optimale la force d’appui générée par la came 4 à une tige de soupape. La came 4 présente une forme avantageusement circulaire au niveau de sa portion de liaison 10 au tube 2 ainsi qu’un diamètre constant, et une forme sensiblement ovoïdale au niveau de sa portion de génération d’efforts 12, avec une variation de sa dimension radiale. A. La came 4 présente une dimension radiale plus importante au niveau de la portion de génération d’efforts 12, qui prend pour rappel une forme ovoïde, comparativement à la dimension radiale mesurée au niveau de la portion de liaison 10, qui prend pour rappel une forme circulaire, la dimension radiale de portion de génération d’efforts 12 permettant de générer un effort et un mouvement sur au moins l’un des linguets ou l’une des soupapes du moteur à combustion interne.

La génération d’efforts de la came 4 sur la soupape est réalisée durant un temps d’ouverture de la soupape, ce temps d’ouverture étant défini par la circonférence et la forme de la came 4, notamment au niveau de la portion de génération d’efforts 12. En effet, pour générer un effort sur au moins une des soupapes, la came 4 comprend au moins une zone d’appui 14 de la portion de génération d’efforts 12, cette zone d’appui 14 étant une partie où la came 4 présente un dimension radiale supérieure à une dimension radiale mesurée entre une surface externe de la portion de liaison 10 et le centre de la came 4. Autrement dit, la came 4 au niveau de la zone d’appui 14 présente un diamètre suffisamment grand pour venir appuyer sur une queue de soupape du moteur à combustion interne et entraîner l’ouverture de ladite soupape. La longueur de la zone d’appui 14 de la came 4 définit le temps d’ouverture de la soupape car plus la zone d’appui 14 de la came 4 est étendue, plus la durée d’ouverture de la soupape est importante.

Selon l’invention et tel qu’illustré sur la , la portion de génération d’efforts 12 de la came 4 loge un dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4. On comprend que le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 permet d’élargir la came 4 en allongeant la zone d’appui 14. De la sorte, le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 participe au moins à augmenter ou diminuer le temps d’ouverture d’une des soupapes du moteur à combustion interne.

Le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 comprend au moins un tiroir 18 susceptible de se déplacer entre deux positions participant à déterminer la circonférence de la came 4, et au moins un organe de poussée 20 configuré pour faire passer le tiroir 18 d’une position à l’autre. La came 4 comporte ici deux tiroirs susceptibles de se déplacer entre deux positions participant à modifier la circonférence de la came 4, Une description plus détaillée du dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 et de ces composants sera réalisée à la suite de la description de la came 4 et de la portion de génération d’efforts 12 qui suit.

Le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 est logé dans la portion de génération d’efforts 12. On observe qu’une face externe 26 du dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 affleure une surface externe 28 de la portion de génération d’efforts 12. Tel qu’illustré ici, le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 est dans une première position correspondant à une durée d’ouverture de la soupape minimum, par exemple nominale, c’est-à-dire en une position avant augmentation de la circonférence par le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4.

Plus précisément et tel que plus particulièrement visible sur les figures 2 et 3, la portion de génération d’efforts 12 comprend un logement 30 du dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4. Le logement 30 est délimité selon la direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1 par deux parois de guidage 32 constitutives de la portion de génération d’efforts 12 et radialement par une face plane 34 de la portion de génération d’efforts 12. Les deux parois de guidage 32 s’étendent chacune depuis la face plane 34 dans un plan sensiblement perpendiculaire à la direction d’allongement principal A.

Chaque paroi de guidage 32 est symétrique à l’autre paroi de guidage 32 par rapport à un plan passant par un centre du logement 30 et perpendiculaire à la direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1. Une caractéristique décrite pour l’une des parois de guidage 32 est ainsi également valable pour l’autre paroi de guidage 32. De cette façon, le terme « paroi de guidage 32 » pourra indifféremment faire référence à l’une ou l’autre des parois de guidage 32.

La paroi de guidage 32 comprend au moins une rainure 36 s’étendant le long d’une direction transversale T, cette dernière étant de manière préférentielle perpendiculaire par rapport à la direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1. La rainure 36 s’ouvre au niveau d’une face interne 38 de la paroi de guidage 32, c’est-à-dire que la rainure 36 débouche sur le logement 30, selon la direction d’allongement principale A de l’arbre à cames 1. La rainure 36 débouche par ailleurs de part et d’autre de la paroi de guidage 32, le long de la direction transversale T. La rainure 36 est configurée pour guider transversalement le tiroir 18 du dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 lorsqu’il passe d’une position à l’autre.

La paroi de guidage 32 comprend également au moins un guide de l’organe de poussée 20, le guide prenant ici la forme d’un renfoncement 40. Ce dernier s’ouvre sur la face interne 38 de la paroi de guidage 32 et est en partie délimité par la face plane 34 de la portion de génération d’efforts 12. Le renfoncement 40 est configuré pour qu’au moins une partie de l’organe de poussée 20 puisse s’y loger, le renfoncement 40 guidant un mouvement de l’organe de poussée 20 dans le logement 30 de la portion de génération d’efforts 12 entre un premier état et un deuxième état. Pour cela, le renfoncement 40 comprend au moins une première face de butée 42 et une deuxième face de butée 44 s’étendant chacune dans un plan parallèle à la direction transversale T et à la direction d’allongement principal A, la deuxième face de butée 44 étant une zone de la face plane 34 de la portion de génération d’efforts 12. Le renfoncement 40 débouche seulement au niveau d’une seule de ses extrémités transversales sur l’extérieur de la portion de génération d’efforts 12, ceci dans le but de faciliter le montage de l’organe de poussée 20 dans le logement 30. En d’autres termes, la paroi de guidage 32 comprend une extension 41 formant le fond du renfoncement 40 selon la direction transversale T au niveau de l’une de ses extrémités transversales. Cette extension 41 guide l’organe de poussée lorsque qu’il translate d’une position à une autre.

Comme visible sur la , la came 4 comprend également un passage 46 reliant fluidiquement le logement 30 disposé sur la portion de génération d’efforts 12 à l’évidement central 8 du tube 2, le passage 46 s’étendant radialement par rapport au tube 2.

Le passage 46 et l’évidement central 8 sont constitutifs d’un conduit de l’arbre à cames 1 configuré pour canaliser un fluide entre une source de fluide externe à l’arbre à cames 1 et l’organe de poussée 20. La circulation du fluide et l’actionnement de l’organe de poussée 20, et par conséquent du dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4, seront décrits à la suite de la description du dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 qui suit, en référence aux figures 4 à 6.

Tel qu’illustré sur la , le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 comprend un unique organe de poussée 20 et deux tiroirs 18. Cependant, un dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 ne comprenant qu’un seul tiroir 18 et/ou plusieurs organes de poussées ne sortiraient pas pour autant du cadre de l’invention.

Le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 comprend des éléments de butée 48 de l’organe de poussée 20 et des tiroirs 18. Ces éléments de butée 48 sont disposés au niveau des embouchures transversales des rainures 36 et des renfoncements 40 des parois de guidage 32 pour que, d’une part l’organe de poussée 20 soit logé entre l’un des éléments de butée 48 et l’une des faces du renfoncement 40 le long de la direction transversale T, et d’autre part les tiroirs 18 soient logés entre quatre éléments de butée 48, le long de la direction transversale T. Ces éléments de butées 48 sont fixés sur les parois de guidage 32 de la came 4 une fois que l’organe de poussée 20 et les tiroirs 18 sont montés sur la came 4. Les quatre éléments de butées 48 sont avantageusement fixés, par exemple par collage ou par soudage à la came 4.

Comme représenté sur les figures 4 et 5, l’organe de poussée 20 du dispositif d’augmentation 16 de la circonférence comprend une base 50 et un pion de poussée 52 faisant saille de la base 50 et venant exercer un effort contre le tiroir 18, la base 50 et le pion de poussée 52 formant ensemble un « T ».

Comme plus particulièrement visible sur la , la base 50 de l’organe de poussée 20 prend globalement la forme d’une paroi s’étendant dans un plan parallèle à la direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1 et à la direction transversale T. La base 50 présente deux bords d’extrémité 54 s’étendant parallèlement à la direction transversale T. L’organe de poussée 20 comprend d’une part une partie centrale 62 qui fait saillie depuis la base 50 le long d’une direction de poussée C perpendiculaire à la direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1 et à la direction transversale T, la direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1 étant confondu avec l’axe de rotation de la came 4. Plus précisément, la partie centrale 62 forme ainsi un épaulement 60 avec la base 50. Cette dernière comprend ainsi de part et d’autre de la partie centrale 62 une bande 58 délimitée par les épaulements 60.

L’organe de poussée 20 comprend un pion de poussée 52 qui s’étend le long de la direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1 entre les épaulements 60 formés entre la base 50 et la partie centrale 62 et fait saillie depuis la partie centrale 62 le long de la direction de poussée C.

Le pion de poussée 52 comprend une extrémité libre 64 pourvue d’au moins un chanfrein 66. Préférentiellement, le pion de poussée 52 comprend deux chanfreins 66 symétriques par rapport à un plan passant par le pion de poussée 52 et dans lequel s’inscrit la direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1. Chacun de ces chanfreins 66 est configuré pour être en contact avec au moins l’un des tiroirs 18, de manière à provoquer un mouvement de chacun des tiroirs 18.

Par ailleurs, l’extrémité 64 comprend un doigt de retenu 65 disposé entre les deux chanfreins 66. Le doigt de retenu 65 est configuré pour laisser un écart entre chacun des deux tiroirs 18 lorsque l’organe de poussée 20 est dans un premier état E1.

L’organe de poussée 20 comprend au moins une découpe 67, et avantageusement deux découpes 67 chacune disposée au niveau d’une des extrémités transversales de la base 50. Ces découpes forment une encoche rectangulaire dans la partie centrale 62 de l’organe de poussée en s’étendant le long de la direction transversale T. Chacune des découpes 67 est configurée pour coopérer avec l’un des tiroirs 18.

Selon une alternative, le pion de poussée 52 et au moins un tiroir 18 sont solidaires l’un de l’autre. Lorsque l’organe de poussée 20 passe d’un état à l’autre le long de la direction de poussée C, le pion de poussée 52 entraîne le déplacement du tiroir 18 le long de cette direction également.

Selon l’invention et tel que plus particulièrement visible sur les figures 8a et 8b, l’organe de poussée 20 est mobile entre le premier état E1 et le deuxième état E2 par une translation le long de la direction de poussée C. Le premier état E1 correspond au positionnement de l’organe de poussée 20 contre la face plane 34 de la portion de génération d’efforts 12, bouchant ainsi le passage 46. Le deuxième état E2 correspondant quant à lui au positionnement de l’organe de poussée 20 lorsqu’il est en appui contre la première face de butée 42 du renfoncement 40 de la paroi de guidage 32.

Selon l’invention et tel qu’illustré sur la , le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 comprend au moins un organe de rappel 68 configuré pour maintenir l’organe de poussée 20 en au moins le premier état E1. L’organe de rappel 68 permet le maintien en position de l’organe de poussée 20 contre la deuxième face de butée 44 du renfoncement 40, le passage 46 de l’organe de poussée 20 dans le deuxième état E2 se réalise lorsqu’une pression suffisamment forte est appliquée sur l’organe de poussée 20, comme cela sera décrit plus en détails à la .

Selon un premier mode de réalisation, l’organe de rappel 68 est une lame élastique 70 comprenant deux extrémités transversales 72 dont une des extrémités transversales 72 est solidaire de l’organe de poussée 20. On comprend par « lame élastique 70 » que la lame peut être déformée par une force externe à l’organe de poussée 20 puis reprendre se forme initiale lorsque ladite force n’est plus exercée au moins sur l’organe de poussée 20. La lame élastique 70 forme une bande qui s’étend principalement le long de la direction transversale T, c’est-à-dire que la dimension la plus importante de la lame élastique 70 se mesure le long de la direction transversale T.

Comme mentionné précédemment, l’une des extrémités transversales 72 de la lame élastique 70 est solidaire de l’organe de poussée 20. Plus précisément, la lame élastique 70 est disposée au niveau d’une des bandes 58 de la base 50 de l’organe de poussée 20, une des extrémités transversales 72 de la lame élastique 70 étant rendue solidaire de la bande 58 de la base 50 par exemple par soudage. La lame élastique 70 occupe ainsi l’épaulement délimité par la bande 58 et la partie centrale 62 de la base 50.

La lame élastique 70 n’est ainsi solidaire de la bande 58 de la base 50 que par une seule de ses extrémités transversales 72, l’autre restant libre pour autoriser la déformation de la lame élastique 70. En effet, la lame élastique 70 peut être compressée lorsque l’organe de poussée 20 passe du premier état au deuxième état, la lame élastique 70 pouvant s’allonger le long de la direction transversale T et le long de la bande 58 de la base 50. On comprend que l’extrémité transversale 72 libre de la lame élastique 70 s’éloigne de l’extrémité transversale 72 le long de la direction transversale T au fur et à mesure que la lame élastique 70 est compressée.

Selon une alternative, les deux extrémités transversales 72 de la lame élastique 70 sont solidaires de la bande 58 de la base 50, la lame élastique 70 se comprimant sur elle-même lorsque l’organe de poussée 20 passe du premier état au deuxième état.

Tel qu’illustré sur la , la lame élastique 70 produit une force de poussée, cette dernière exerçant une force le long de la direction de poussée C contre l’organe de poussée 20 vers la portion de liaison 10 de la came 4. En d’autres termes, la lame élastique 70 maintient l’organe de poussée 20 dans le premier état contre la deuxième face de butée 44 du renfoncement 40 ou force l’organe de poussée 20 à passer du deuxième état au premier état.

Tel qu’illustré sur la , les tiroirs 18 sont symétriques par rapport à un plan passant par le pion de poussée 52 et dans lequel s’inscrit la direction d’allongement principal A de l’arbre à cames 1. Ainsi, une caractéristique décrite pour l’un des tiroirs 18 est également valable pour l’autre tiroir 18. De plus, le terme « tiroir 18 » utilisé dans la suite de la description pourra indifféremment faire référence à l’un ou l’autre des tiroirs 18 du dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4.

Selon l’invention, le tiroir 18 comprend au moins une face courbée 74 correspondant à la face externe 26 du dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4.

Tel que plus particulièrement visible sur la qui est une coupe du tiroir 18 selon le plan de coupe P de la , le tiroir 18 comprend également une face de glissement 76 comprenant une partie biseautée 78 en contact avec l’un des chanfreins 66 du pion de poussée 52, la partie biseautée 78 étant complémentaire du chanfrein 66 du pion de poussée 52. Les tiroirs 18 sont positionnés par rapport à l’organe de poussée 20 de sorte que leurs faces de glissement 76 soient positionnées de part et d’autre du pion de poussée 52, les faces de glissement 76 se retrouvant ainsi en face l’une de l’autre.

Tel qu’illustré sur la , le tiroir 18 comprend également deux faces transversales de glissement 80 qui s’étendent dans un plan parallèle à la direction transversale T et à la direction de poussée C, dont au moins une des deux faces transversales de glissement 80 est visible sur la . La face de glissement transversale 80 du tiroir 18 est en contact de la face interne 38 de la paroi de guidage 32 de la portion de génération d’efforts 12. Lors du passage d’une position à l’autre du tiroir 18, la face de glissement transversale 80 glisse le long la face interne 38 de la paroi de guidage 32.

Le tiroir 18 comprend au moins un ergot 82 faisait saillie de la face de glissement transversale 80 le long de la direction d’allongement principal A du tiroir 18, et avantageusement deux ergots 82, chacun faisait saillie depuis l’une des faces transversales de glissement 80 le long de la direction d’allongement principal A. L’ergot 82 forme un bloc présentant un premier pan 84 et un deuxième pan 86 s’étendant chacun dans un plan parallèle à la direction d’allongement principal A et à la direction transversale T et au moins un troisième pan 88 s’étendant dans plan parallèle à la direction transversale T et à la direction de poussée C entre les premier et deuxième pans 84, 86. L’ergot 82 fait saillie de la face de glissement transversale 80 de sorte à pouvoir être logé dans la rainure 36 de la paroi de guidage 32, le troisième pan 88 étant en contact avec le fond de la rainure 36 de la paroi de guidage 32.

Par ailleurs, les ergots 82 ferment de part et d’autre les parties biseautées 76 selon la direction d’allongement principale A.

Chacun des tiroirs 18 comprend une face inférieure 87 s’étendant parallèlement aux directions transversale T et d’allongement principale A et une face de contact 89 s’étendant parallèlement aux directions d’allongement principale A et de poussée C. Les faces inférieure 87 et de contact 89 forment ainsi un épaulement dans lequel s’étend la base de l’organe de poussée 20. Le tiroir 18 comprend également une face de support 91 s’étend dans un plan parallèle au plan dans lequel s’inscrit la face inférieure 87. La face de support est configurée pour être en contact avec la face plane 34 de la portion de génération d’efforts 12. De plus, la face de support 91 relie la face de contact 89 à la face courbée 74.

Le tiroir comprend une contre forme 93 avantageusement rectangulaire et configurée pour coopérer avec l’une des découpes 67 de l’organe de poussée 20. Plus précisément, la contre forme 93 fait saillie de la face inférieure 87 et de la face de contact 80 du tiroir pour s’étendre le long de la direction de poussée C à l’opposé des ergots 82. On comprend que la contre forme 93 est configuré pour se loger dans la découpe 67 et participer à guider le changement d’état de l’organe de poussée 20 mais également le changement de position du tiroir 18.

Le mouvement du tiroir 18 est empêché le long de la direction de poussée C par le premier et le deuxième pan 84, 86 et le long de la direction d’allongement principal A par le contact entre les faces transversales de glissement 80et la face interne 38 de la paroi de guidage 32. Le tiroir 18 est ainsi mobile entre une première position P1 et une deuxième position P2 en passant de l’une à l’autre par translation le long de la direction transversale T vers l’un ou l’autre des éléments de butée 48 disposés au niveau des embouchures des rainures 36. Le tiroir 18 est dans la première position P1 lorsque la face courbée 74 affleure la surface externe 28 de la portion de génération d’efforts 12 et dans la deuxième position P2 lorsque la face courbée 74 est au moins en partie en dehors du logement 30 de la portion de génération d’efforts 12.

Le changement de position des tiroirs 18 et le changement d’état de l’organe de poussée 20 ainsi que leur coopération sont plus particulièrement visibles sur les figures 8a et 8b.

Tel qu’illustré sur la , l’organe de poussée 20 est dans le premier état E1 et les tiroirs 18 sont dans la première position P1. On voit que la lame élastique 70 produit une force de poussée Q représentée par une flèche pleine sur la , cette force de poussée Q maintenant l’organe de poussée 20 dans son premier état E1. Par ailleurs et lorsque l’organe de poussée 20 est dans le premier état E1, les deux tiroirs 18 prennent appui sur le doigt de retenu 65 du pion de poussée 52, les faces de glissements 76 étant en contact chacune de part et d’autre du doigt de retenu 65.

Tel qu’illustré sur la , l’organe de poussée 20 passe du premier état E1 au deuxième état E2 par translation le long de la direction de poussée C. Cette translation est dû à une pression du fluide circulant dans la conduite dont l’évidement central 8 du tube 2 et le passage 46 sont constitutifs. Le fluide circulant dans la conduite génère une force sur la base 50 de l’organe de poussée 20. Lorsque la pression du fluide dépasse la pression exercée par la force des organes de rappel 68, le fluide exerce une force de poussée S sur l’organe de poussée 20 qui réalise une translation le long de la direction de poussée C vers la première face de butée 42 de chacun des renfoncements 40, l’organe de poussée 20 passant alors du premier état au deuxième état. La lame élastique 70 se retrouve comprimée contre la première face de butée 42 du renfoncement 40 et allongée le long de la bande 58 de la base 50.

Dans ce deuxième état, l’organe de poussée 20, et plus particulièrement sa base 50, et la portion de génération d’efforts 12 délimitent au moins une chambre remplit par le fluide et dans laquelle débouche le conduit. On comprend par « chambre » un espace dans lequel le fluide s’étend lorsqu’il sort du passage 46 au niveau du logement 30.

Lorsque l’organe de poussée 20 passe du premier état au deuxième état, l’organe de poussée exerce une force sur le pion de poussée 52 qui réalise un mouvement le long de la direction de poussée C vers l’extérieur de la came 4. De la sorte, les chanfreins 66 du pion de poussée 52 exerce ladite force sur les parties biseautées 78 des tiroirs 18, les forçant à réaliser un mouvement le long de la direction transversale T vers l’extérieur de la came 4, selon des sens opposés l’un à l’autre. Par ce mouvement de translation transversale, les tiroirs 18 passent de la première position P1 à la deuxième position P2 augmentant ainsi la circonférence de la came 4, et par conséquent la durée d’ouverture de la soupape concernée.

Lorsque la pression du fluide diminue jusqu’à attendre une valeur inférieure à la valeur de la pression exercée par les organes de rappel 68, l’organe de poussée 20 passe du deuxième état au premier état. Ce changement d’état est notamment dû à l’exercice de la lame élastique 70 entrainant le changement d’état de l’organe de poussée 20. Les tiroirs 18 passent également de la deuxième position P2 à la première position P1 le long de la direction transversale T, les tiroirs 18 se rapprochant ainsi l’un de l’autre.

Selon un deuxième mode de réalisation et tel qu’illustré sur la , l’organe de rappel 68 est un ressort à spires 90 relié au moins au niveau d’une de ses extrémités à l’ergot 82 du tiroir 18. Avantageusement, le ressort à spires 90 est également lié à l’un des éléments de butée 48 situés dans la rainure 36 de la paroi de guidage 32, le ressort à spires 90 maintenant dans le premier état l’organe de poussée 20 et dans la première position P1 le tiroir 18. De la sorte, le ressort à spires 90 exerce continuellement une force poussant le tiroir 18 vers le pion de poussée 52 le long de la direction transversale T, le tiroir 18 transmettant cette force au pion de poussée 52 en imposant à l’organe de poussée 20 de rester dans le premier état.

Lorsque la pression du fluide est supérieure ou égale à la valeur de la pression exercée par les organes de rappel 68, l’organe de poussée 20 passe du premier état au deuxième état, faisant également passer les tiroirs 18 de la première position P1 à la deuxième position P2.

Lorsque la pression du fluide est inférieure à la valeur de la pression exercée par les organes de rappel 68, les tiroirs 18 passent de la deuxième position P2 à la première position P1 par la force des ressorts à spires 90 sur les ergots 82 des tiroirs 18. En se positionnant dans la première position P1, les tiroirs 18 forcent l’organe de poussée 20 à passer également du deuxième état au premier état, moyennant des biseaux complémentaires réalisés sur le tiroir 18 et sur l’organe de poussée 20.

Comme illustré sur la , l’arbre à cames 1 selon l’invention est constitutif d’un circuit de graissage 92 du fluide, ce dernier pouvant par exemple être de l’huile pour un moteur à combustion interne, par exemple. Le circuit de graissage 92 du fluide comprend de plus et selon l’exemple illustré ici, une pompe 94 configurée pour mettre en mouvement le fluide dans le circuit de graissage 92, une première conduite 96 reliant la pompe 94 à l’arbre à cames 1 et une deuxième conduite 98 reliant l’arbre à cames 1 à la pompe 94, la première conduite 96 et la deuxième conduite 98 étant distincte l’une de l’autre. De la sorte, le fluide circule ainsi de la pompe 94 vers l’arbre à cames 1 à travers la première conduite 96 et de l’arbre à cames 1 vers la pompe 94 à travers la deuxième conduite 98.

Le circuit de graissage 92 de fluide comprend par ailleurs une valve anti-retour 100 installée sur la première conduite 96, et une valve à commande électronique 102, un réservoir de fluide 104 et un filtre dudit fluide 106 installé sur la deuxième conduite 98. Le circuit de graissage 92 est constitutif d’un moteur à combustion interne 108, ici représenté par un cadre en tiret. La valve anti-retour 100 assure au fluide de ne pas circuler dans la première conduite 96 depuis la valve anti-retour 100 vers la pompe 94. La valve à commande électronique 102 est configurée pour contrôler le débit s’écoulant entre l’arbre à cames 1. Le circuit de graissage 92 est connecté à la deuxième conduite 98 via l’évidement central 8 du tube 2, l’évidement central 8 et par extension le tube 2 faisant partie du circuit de graissage 92.

Certains composants du circuit de graissage 92 sont reliés électriquement à un circuit de commandes électroniques 110, ce dernier comprenant un module de calcul 112, un capteur 114 de pression et de température du fluide dans le circuit de graissage 92, et un contrôleur 116 de la pompe 94. Le capteur 114 de pression et/ou de température relève des informations concernant la température et la pression du fluide s’écoulant dans la première conduite 96 puis transfère ces informations au module de calcul 112. Le module de calcul 112 reçoit, en plus des informations envoyées par le capteur 114 de pression et/ou de température, des informations concernant la position de l’arbre à cames 1, ce dernier pouvant passer d’une première position P1 à une deuxième position P2 lors d’une modification du régime du moteur à combustion interne 108 par exemple. Selon les différentes informations reçues, le module de calcul 112 envoie des instructions de commande d’une part à la valve à commande électronique 102 pour faire varier le débit de fluide s’écoulant au travers, et d’autre part à la pompe 94 pour faire varier le débit du fluide évacuer par la pompe 94. Le module de calcul 112 gère ainsi la pression du fluide circulant à travers la première conduite 96 et à travers l’arbre à cames 1 grâce à la pompe 94 et à la valve à commande électronique 102, et agissant ainsi indirectement sur l’augmentation de la circonférence d’au moins une des cames 4 de l’arbre à cames 1, et préférentiellement de chaque came 4 de l’arbre à cames 1. En effet, cette variation de pression du fluide commandée par le module de calcul 112 entraîne le changement d’état des organes de poussée 20 des cames 4, les faisant passer du premier état E1 au deuxième état E2 par exemple, élargissant dans ce cas la circonférence de la came 4.

Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 7 comprend un tiroir mobile en coulissement selon la direction de poussée C. Ledit tiroir est solidaire du pion de poussée 52. Ledit tiroir comprend une surface périphérique de contact sensiblement identique à la zone de contact de la surface externe 28 de la portion de génération d’efforts 12.

Ainsi, le déplacement de l’organe de poussée vers l’extérieur de la came entraine le déplacement du tiroir selon la direction de poussée entrainant un allongement de la portion de génération d’efforts 12.

De manière préférentielle, la forme de la surface périphérique du tiroir est dans le prolongement de la zone de contact de la surface externe 28 afin de réduire les discontinuités.

Par ailleurs, l’invention concerne également un procédé de contrôle de l’ouverture d’au moins une des soupapes du moteur à combustion interne, le procédé de contrôle comprenant au moins deux étapes alternatives l’une par rapport à l’autre.

Le procédé de contrôle comprend une première étape durant laquelle une première pression d’un fluide fait passer la came d’une position de repos à une position d’expansion augmentant un temps d’ouverture de la soupape. On comprend par « position de repos de la came » la position correspondant au fait que l’organe de poussée de la came est dans le premier état, les tiroirs étant chacun dans la première position P1, et par « position d’expansion de la came » la position correspondant au fait que l’organe de poussée de la came est le deuxième état, les tiroirs étant quant à eux dans la deuxième position P2.

Le procédé de contrôle comprend une deuxième étape durant laquelle une deuxième pression du fluide réduite par rapport à la première pression fait passer la came de la position d’expansion à la position de repos, réduisant ainsi le temps d’ouverture de la soupape.

Le changement de pression du fluide circulant dans l’arbre à cames fait ainsi varier la circonférence de la came, cette dernière passant de la position de repos à la position d’expansion et inversement. Plus particulièrement, la came est dans la position de d’expansion lorsque la pression du fluide dans le tube est supérieure ou égale à une valeur seuil, la came étant dans une position de repos lorsque la pression du fluide circulant dans le tube est inférieure à la valeur seuil.

Lorsque la came 4 est dans une position d’expansion, sa circonférence est plus importante au moins au niveau de la portion de génération d’efforts que lorsque la came est dans une position de repos. La zone de contact de la portion de génération d’efforts est étendue, le contact entre la portion de génération d’efforts et la soupape est plus long, augmentant ainsi son temps d’ouverture.

On comprend de la sorte que la variation de la pression du fluide circulant dans l’arbre à cames influe sur la circonférence de la came 4 et ainsi le temps d’ouverture de la soupape, notamment grâce au dispositif d’augmentation 16 de la circonférence de la came 4 selon l’invention.

La présente invention propose ainsi une solution simple, peu coûteuse et robuste qui permet de faire varier le temps d’ouverture d’une soupape d’un moteur à combustion interne.

La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et configuration équivalents, ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. En particulier, le nombre, la forme et la disposition des composants du dispositif d’augmentation de la circonférence de la came peuvent être modifiés sans nuire à l’invention dans la mesure où ils remplissent les fonctionnalités décrites dans le présent document.

Claims

Arbre à cames (1) d’un moteur à combustion interne (108), comprenant au moins un tube (2) s’étendant le long d’une direction d’allongement principal (A) de l’arbre à cames (1) et autour duquel est disposé au moins une came (4) comprenant une portion de liaison (10) au tube (2) et au moins une portion de génération d’efforts (12) sur une soupape du moteur à combustion interne (108), la portion de génération d’efforts (12) logeant un dispositif d’augmentation (16) de la circonférence de la came (4), le dispositif d’augmentation (16) de la circonférence de la came (4) comprenant au moins un tiroir (18) susceptible de se déplacer entre deux positions (P1, P2) déterminant la circonférence de la came (4) et un organe de poussée (20) qui fait passer le tiroir (18) d’une position à l’autre.
Arbre à cames (1) selon la revendication 1, dans lequel le tiroir (18) est mobile entre une première position (P1) et une deuxième position (P2) passant d’une position à l’autre par translation le long d’une direction transversale (T) perpendiculaire à la direction d’allongement principal (A) de l’arbre à cames (1).
Arbre à cames (1) selon la revendication 2, dans lequel l’organe de poussée (20) est mobile entre deux états le long d’une direction de poussée (C) perpendiculaire à la direction d’allongement principal (A) de l’arbre à cames (1).
Arbre à cames (1) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l’organe de poussée (20) est mobile entre deux états le long d’une direction de poussée (C) perpendiculaire à la direction transversale (T).
Arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un conduit configuré pour canaliser un fluide entre une source de ce fluide externe à l’arbre à cames (1) et l’organe de poussée (20), le conduit comprenant au moins un évidement central (8) du tube (2).
Arbre à cames (1) selon la revendication 5, dans lequel le conduit (2) comprend au moins un passage (46) qui s’étend au travers du tube (2) et de la portion de liaison (10).
Arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel la portion de génération d’efforts (12) et l’organe de poussée (20) délimitent au moins une chambre dans laquelle débouche le conduit (2).
Arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la portion de génération d’efforts (12) comprend au moins une rainure (36) guidant le tiroir (18).
Arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec l’une des revendications 5 à 7, dans lequel le dispositif d’augmentation (16) de la circonférence de la came (4) comprend au moins un organe de rappel (68) configuré pour maintenir l’organe de poussée (20) en au moins une position qui bouche le conduit (2).
Arbre à cames (1) selon la revendication 9, dans lequel l’organe de rappel (68) est une lame élastique (70) comprenant deux extrémités transversales (72), au moins l’une des extrémités transversales (72) étant solidaire de l’organe de poussée (20).
Arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la portion de génération d’efforts (12) comprend au moins un guide (40) de l’organe de poussée (20).
Arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe de poussée (20) comprend une base (50) et un pion de poussée (52) faisant saillie de la base (50) et venant exercer un effort sur le tiroir (18).
Arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel l’organe de poussée (20) comprend une base (50) et un pion de poussée (52) faisant saillie de la base (50), le pion de poussée (52) étant solidaire du tiroir (18).
Arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications 12 ou 13, dans lequel le pion de poussée (52) comprend deux chanfreins (66) symétriques par rapport à un plan passant par le pion de poussée (52) et dans lequel s’inscrit la direction d’allongement principal (A) de l’arbre à cames (1), le dispositif d’augmentation (16) de la circonférence de la came (4) comprenant deux tiroirs (18), chacun étant agencé de part et d’autre du pion de poussée (52) et en contact avec l’un des chanfreins (66).
Moteur de combustion interne (108) comprenant au moins un arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le moteur à combustion interne (108) comprenant une source de fluide configurée pour faire passer le tiroir (18) d’une position à l’autre.