WO1999050538A1 - Clapet d'obturation de conduit et moteur thermique equipe d'un tel dispositif - Google Patents
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- WO1999050538A1 WO1999050538A1 PCT/FR1999/000596 FR9900596W WO9950538A1 WO 1999050538 A1 WO1999050538 A1 WO 1999050538A1 FR 9900596 W FR9900596 W FR 9900596W WO 9950538 A1 WO9950538 A1 WO 9950538A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
- F01L7/06—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with disc type valves
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L3/00—Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
- F01L3/10—Connecting springs to valve members
Definitions
- the present invention relates to an assembly comprising a valve associated with a duct, and a heat engine, in particular an internal combustion engine, for example a diesel or petrol or gas engine, comprising at least one cylinder comprising at least one such assembly.
- a heat engine in particular an internal combustion engine, for example a diesel or petrol or gas engine, comprising at least one cylinder comprising at least one such assembly.
- the intake and exhaust valves are generally controlled by a camshaft, directly or through rocker arms.
- a valve When a valve is opened, the cross-section of the air, the air / fuel mixture or the exhaust gases is linked to the cam profile, which limits the control of the opening / closing members of the valve.
- cylinder it is not possible to adjust, as it would be desirable, the quantity of gas admitted by acting on the opening of the valves as a function of the engine operating parameters, in particular, for very low engine speeds; this results in pollution by exhaust gases at low speed, which corresponds to the operation of the engines in urban conditions of slow traffic.
- the invention therefore aims to eliminate the aforementioned drawbacks and proposes to replace conventional thermal engine valves with assemblies each consisting of a valve associated with a duct, each assembly offering a more efficient cross-section coefficient and the possibility of adjusting the passage sections, and therefore the pressure losses at the passage of the gases, to parameters independent of the control of the valve, in particular of the engine operating parameters.
- the subject of the invention is an assembly comprising a valve associated with at least one conduit, said valve comprising a rod connected to a shutter to bring the latter. against its seat in a closed position of the conduit (s), and move the shutter away from its seat in an open position of the conduit (s), characterized in that the rod is offset by relative to the shutter and intended to be driven in rotation substantially around its axis to move the shutter in circular translation substantially to the right of its seat, in the manner of a guillotine.
- the rod is substantially perpendicular to the shutter and the seat is substantially planar, the shutter having, facing its seat, a substantially planar face, the displacement of which, during the rotation of the rod, takes place substantially in the plane of the seat.
- the rod is advantageously a cylindrical rod of circular cross section driven in rotation about its axis.
- this assembly comprises a means for axially displacing the rod over a short distance at least at the start of the opening of the duct in order to detach the shutter from its seat; this means can be controlled by the rotation of the valve stem.
- the assembly of the invention comprises a means for keeping the shutter slightly axially away from its seat, until the duct is completely opened.
- the means for axially moving the valve stem consists of a nut immobilized in rotation and of an externally threaded portion of the stem engaging through said nut and cooperating with it, the pitch of the The respective threads of the nut and of said portion being weak so as to move the rod only for a short distance.
- the nut is preferably housed with axial play in a fixed cage used to immobilize the nut in rotation. This axial clearance is preferably less than the axial displacement of the valve stem, so that the nut abuts against the cage during the opening of the conduit under the effect of an elastic means for returning the valve. towards its seat, the cage then serving as a means to keep the valve away from its seat.
- the thread pitch is determined so that the axial displacement of the valve stem during its angular movement is of the order of 3
- the angular movement of the valve stem can be of the order of 90 °.
- the invention also relates to a heat engine, in particular an internal combustion engine, comprising at least one cylinder associated with at least one intake duct and at least one exhaust duct, characterized in that it comprises, on one at least one of its intake or exhaust ducts, a valve / duct assembly as defined above.
- the engine may include an electronic or electro-hydraulic control system defining the laws of opening and closing of each valve as a function of engine operating parameter (s).
- FIG. 1 is a partial view, in axial section, of an engine cylinder head, the intake duct is equipped with a valve to form an assembly according to the invention
- - Figure 2 is a top view along the line II-II of Figure 1;
- - Figure 3 is an enlarged view of the upper portion of the valve of Figure 1;
- FIG. 4 is a schematic top view of a cylinder equipped with an intake valve according to Figures 1 to 3, this view showing the successive positions of the valve shutter during the rotation of the rod;
- - Figure 5 is a schematic top view showing a cylinder equipped with an intake valve and an exhaust valve and showing the extreme positions of the angular movement of the two valves;
- - Figures 6A to 6G show a schematic top view relating to the use, for the same engine cylinder, of a plurality of valves according to the invention;
- FIGS. 7A to 7F show a schematic top view relating to the use, for the same engine cylinder, of a plurality of double valves, each valve being associated with two conduits which are closed or open simultaneously;
- the valve C of the invention consists of a generally planar and circular shutter 1 secured at its periphery to a control rod 2 extending perpendicularly to the shutter 1.
- the rod 2 of the valve C is eccentric with respect to the shutter 1 as well as with respect to an intake duct 3 formed through the cylinder head 4 of an internal combustion engine.
- the shutter 1 bears against a seat 4a provided on the cylinder head 4 at the lower end of the intake duct 3.
- the rod 2 of the valve C also crosses the cylinder head 4 perpendicular to that - here and away from the intake duct 3.
- the lower end of the rod 2, which is connected to the shutter 1, is located on the side of the cylinder of the engine, while the other end of the rod 2 opens on the other side of the cylinder head 4.
- This other end of the rod 2 has an externally threaded portion 2a which engages through a nut 5 housed in a cage 6 which immobilizes this nut in rotation relative to the cylinder head.
- the nut 5 may have fins or radial ribs 5a which are received in corresponding notches 6a in the cage 6 to immobilize the nut in rotation.
- the cage 6 has a central opening 6b for the passage of the rod 2 of the valve and a peripheral flange 6c at its base for its attachment to the cylinder head 4 of the engine, for example by means of a screw 7.
- the peripheral flange 6c of the cage 6 comprises, for example, a through groove 8 in the form of an arc of a circle centered on the axis A of the rod 2, a groove through which the screw 7 to allow the initial adjustment of the axial clearance "e” between the cylinder head and the nut and of the axial clearance "f” between the nut and the cage (see Figure 3).
- a return spring 9 is interposed between the cage 6 and a cup 10 secured to the upper end of the rod 2; as shown in FIGS. 1 and 3, the cup 10 can carry gear teeth externally in order to ensure the rotational maneuver of the rod 2.
- the cup 10 can comprise an eccentric mass opposite the valve C so as to balance in rotation the valve-stem-cup assembly and thus reduce the energy necessary for its rotation.
- the spring 9 bears against this cup 10 by means of a needle bearing 11, or a sliding stop or the like, to avoid torsion of the spring 9 during the rotation of the rod 2 about its axis A
- the other end of the spring 9 comes to apply the peripheral flange 6c of the cage 6 against the cylinder head. It will easily be understood that this spring 9 exerts an elastic restoring force on the rod 2 in order to apply the shutter 1 against its seat 4a in the closed position of the conduit.
- the presence of the clearance f ensures that it is the spring 9 which applies the shutter 1 against its seat 4a.
- the shutter could be prevented from coming into tight contact with the seat 4a, by prior abutment of the nut 5 against the cage 6.
- the clearance e is necessarily linked to the presence of clearance f to allow adjustment of the latter.
- the clearances e and f are complementary because they correspond to the difference in axial height between the nut 5 and the cage 6.
- the initial clearances e and f can be adjusted by means of the adjustment groove 8 which makes it possible to rotate the cage 6 and therefore the nut 5 around the axis A; this rotary movement of the nut 5 is accompanied by an axial displacement of the nut 5 in the cage 6 relative to the rod 2 which remains fixed in rotation during this adjustment.
- the spring 9 recalls the rod 2 back upwards until the nut 5 abuts against the cage 6 by filling the initial clearance f.
- This initial clearance f is therefore preset so that from the start of the opening of the duct, the nut 5 abuts against the cage 6.
- the return action of the spring 9 is thus neutralized as soon as the opening of the duct begins, and the shutter gradually moves away from its seat until the complete opening.
- the shutter 1 will have moved over an angle of approximately 90 ° in a plane substantially parallel to the seat 4a and over a distance of a few tenths of a millimeter in the axial direction.
- FIG. 5 shows schematically a cylinder 12 comprising an intake duct 3 and an exhaust duct 13 each provided with a valve according to the invention.
- the angular travel ⁇ of the intake valve can be of the order of 79 ° and the angular travel ⁇ of the exhaust valve can be of the order of 86 °.
- valves 1 of these two valves must be synchronized to prevent the shutters 1 of these two valves from interfering with each other due to the limited size of the cylinder (the respective angular movement of the two shutters is shown in phantom in Figure 5).
- several valves of the type described above can be installed per cylinder, for example, one for the intake and one for the exhaust, two for the intake and one for the exhaust, two for the intake and two for the exhaust.
- Figures 6A to 6G there is shown, schematically, the possible positioning on the same cylinder of four, three or two valves of the type described above.
- the shape of the shutter 1 can be a circular sector or any other shape of interest in the development of the uncovered section of the associated conduit.
- the rotary control of the rod 2 of the valve can be effected by a direct current electric motor, alternating current or step by step, or by hydraulic servo.
- an electronic system can be provided defining the laws for opening and closing the valves as a function of one or more operating parameter (s) of the engine. This command can be made directly on the rod 2, or by means of a pinion system or belts.
- a fully programmable air or gas passage section is obtained, and not linked to a profile of a cam, the control of the system being able to be mapped according to the load and / or the speed and / or others engine operating parameters, resulting in particular in a reduction in polluting emissions and consumption;
Abstract
La présente invention concerne un ensemble comportant un clapet associé à au moins un conduit. Le clapet (C) de l'invention comporte une tige (2) reliée à un obturateur (1), la tige étant excentrée par rapport à l'obturateur et destinée a être entraînée en rotation sensiblement autour de son axe pour déplacer l'obturateur en translation circulaire sensiblement au doit de son siège (4<u>a</u>). L'invention s'applique notamment à un moteur thermique.
Description
CLAPET D ' OBTURATION DE CONDUIT ET MOTEUR THERMIQUE EQUIPE D ' UN TEL DISPOS ITIF
La présente invention concerne un ensemble comportant un clapet associé à un conduit, et un moteur thermique, notamment à combustion interne, par exemple un moteur diesel ou essence ou gaz, comportant au moins un cylindre comprenant au moins un tel ensemble.
Dans les moteurs thermiques, les soupapes d'admission et d'échappement sont généralement commandées par un arbre à cames, directement ou par l'intermédiaire de culbuteurs. Lors de l'ouverture d'une soupape, la section de passage de l'air, du mélange air/carburant ou des gaz d'échappement est liée au profil de came, ce qui limite le contrôle des organes d'ouverture/fermeture du cylindre : il n'est pas possible d'ajuster, comme il serait souhaitable, la quantité de gaz admis en agissant sur l'ouverture des soupapes en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur, en particulier, pour les très bas régimes du moteur ; il en résulte une pollution par les gaz d'échappement à bas régime, ce qui correspond au fonctionnement des moteurs dans les conditions urbaines de circulation ralentie. Par ailleurs, lorsque l'on souhaite réouvrir une soupape d'échappement pour utiliser l'énergie des bouffées d'échappement venant des autres cylindres du moteur afin d'effectuer une autosuralimentation, comme proposé, par exemple, dans la demande de brevet WO 95/14853, cette réouverture est liée à une commande à cames qui est relativement rigide en phase.
L'invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients précités et propose de remplacer les soupapes classiques de moteur thermique par des ensembles constitués chacun d'un clapet associé à un conduit, chaque ensemble offrant un coefficient de section de passage plus efficace et la possibilité d'ajuster les sections de passage, et donc les pertes de charge au passage des gaz, à des paramètres indépendants de la commande du clapet, notamment des paramètres de fonctionnement du moteur.
A cet effet, l' invention a pour objet un ensemble comportant un clapet associé à au moins un conduit, ledit clapet comportant une tige reliée à un obturateur pour amener ce dernier
contre son siège dans une position de fermeture du (des) conduit(s), et éloigner l'obturateur de son siège dans une position d'ouverture du (des) conduit(s), caractérisé par le fait que la tige est excentrée par rapport à l'obturateur et destinée à être entraînée en rotation sensiblement autour de son axe pour déplacer l'obturateur en translation circulaire sensiblement au droit de son siège, à la manière d'une guillotine. De préférence, la tige est sensiblement perpendiculaire à l'obturateur et le siège est sensiblement plan, l'obturateur présentant, en vis-à-vis de son siège, une face sensiblement plane, dont le déplacement, au cours de la rotation de la tige, s'effectue sensiblement dans le plan du siège. La tige est avantageusement une tige cylindrique de section droite circulaire entraînée en rotation autour de son axe.
Selon une autre caractéristique, cet ensemble comporte un moyen pour déplacer axialement la tige sur une courte distance au moins en début d'ouverture du conduit afin de décoller l'obturateur de son siège ; ce moyen peut être commandé par la rotation de la tige du clapet.
Selon encore une autre caractéristique, l'ensemble de l'invention comporte un moyen pour maintenir l'obturateur légèrement axialement écarté de son siège, jusqu'à l'ouverture complète du conduit.
Dans un mode de réalisation particulier, le moyen pour déplacer axialement la tige du clapet est constitué d'un écrou immobilisé en rotation et d'une portion extérieurement filetée de la tige s'engageant à travers ledit écrou et coopérant avec lui, le pas des filetages respectifs de l' écrou et de ladite portion étant faible pour ne déplacer la tige que sur une courte distance. L'écrou est logé de préférence avec du jeu axial dans une cage fixe servant à immobiliser en rotation l'écrou. Ce jeu axial est, de préférence, inférieur au déplacement axial de la tige du clapet, de façon que l'écrou vienne en butée contre la cage lors de l'ouverture du conduit sous l'effet d'un moyen élastique de rappel du clapet vers son siège, la cage servant alors de moyen pour maintenir le clapet écarté de son siège. Le pas des filetages est déterminé de façon que le déplacement axial de la tige du clapet au cours de son débattement angulaire, soit de l'ordre de
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quelques dixièmes de millimètre ; le débattement angulaire de la tige du clapet peut être de l'ordre de 90° .
L'invention vise également un moteur thermique, notamment à combustion interne, comportant au moins un cylindre associé à au moins un conduit d'admission et au moins un conduit d'échappement, caractérisé par le fait qu'il comprend, sur l'un au moins de ses conduits d'admission ou d'échappement, un ensemble clapet/conduit tel que ci-dessus défini.
Dans ce cas, le moteur peut comporter un système électronique ou électro-hydraulique de commande définissant les lois d'ouverture et de fermeture de chaque clapet en fonction de paramètre(s) de fonctionnement du moteur.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, donné uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence au dessin schématique annexé.
Sur ce dessin : - la figure 1 est une vue partielle, en coupe axiale, d'une culasse de moteur dont le conduit d'admission est équipé d'un clapet pour constituer un ensemble selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue de dessus suivant la ligne II-II de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue agrandie de la portion supérieure du clapet de la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue schématique de dessus d'un cylindre équipé d'un clapet d'admission selon les figures 1 à 3, cette vue montrant les positions successives de l'obturateur du clapet au cours de la rotation de la tige ; et
- la figure 5 est une vue schématique de dessus montrant un cylindre équipé d'un clapet d'admission et d'un clapet d'échappement et représentant les positions extrêmes du débattement angulaire des deux clapets ;
- les figures 6A à 6G représentent une vue schématique de dessus relative à l'utilisation, pour un même cylindre de moteur, d'une pluralité de clapets selon l'invention ;
- les figures 7A à 7F représentent une vue schématique de dessus relative à l'utilisation, pour un même cylindre de moteur, d'une pluralité de clapets doubles, chaque clapet étant associé à deux conduits qui sont obturés ou ouverts simultanément ;
Suivant l'exemple particulier illustré sur les dessins, le clapet C de l'invention est constitué d'un obturateur généralement plan et circulaire 1 solidaire à sa périphérie d'une tige de commande 2 s'étendant perpendiculairement à l'obturateur 1. La tige 2 du clapet C est excentrée par rapport à l'obturateur 1 ainsi que par rapport à un conduit d'admission 3 ménagé à travers la culasse 4 d'un moteur à combustion interne. Dans la position illustrée sur la figure 1 , l'obturateur 1 prend appui contre un siège 4a prévu sur la culasse 4 à l'extrémité inférieure du conduit d'admission 3. La tige 2 du clapet C traverse également la culasse 4 perpendiculairement à celle-ci et à distance du conduit d'admission 3.
L'extrémité inférieure de la tige 2, qui est reliée à l'obturateur 1 , est située du coté du cylindre du moteur, alors que l'autre extrémité de la tige 2 débouche de l'autre côté de la culasse 4. Cette autre extrémité de la tige 2 présente une portion extérieurement filetée 2a qui s'engage à travers un écrou 5 logé dans une cage 6 qui immobilise cet écrou en rotation par rapport à la culasse. L'écrou 5 peut présenter des ailettes ou nervures radiales 5a qui sont reçues dans des encoches correspondantes 6a dans la cage 6 pour immobiliser l'écrou en rotation. La cage 6 comporte une ouverture centrale 6b pour le passage de la tige 2 du clapet et une collerette périphérique 6ç à sa base pour sa fixation sur la culasse 4 du moteur, par l'intermédiaire par exemple d'une vis 7.
Comme visible sur la figure 2, la collerette périphérique 6ç de la cage 6 comporte, par exemple, une rainure traversante 8 en forme d'arc de cercle centré sur l'axe A de la tige 2, rainure à travers laquelle s'engage la vis 7 pour permettre le réglage initial du jeu axial "e" entre la culasse et l'écrou et du jeu axial "f" entre l'écrou et la cage (voir figure 3).
Un ressort de rappel 9 est intercalé entre la cage 6 et une coupelle 10 solidaire de l'extrémité supérieure de la tige 2 ; comme représenté sur les figures 1 et 3, la coupelle 10 peut porter extérieurement des dents d'engrenage afin d'assurer la manoeuvre en rotation de la tige 2. La coupelle 10 peut comporter une masse excentrée opposée au clapet C de façon à équilibrer en rotation l'ensemble clapet-tige-coupelle et diminuer ainsi l'énergie nécessaire à sa rotation. Le ressort 9 prend appui contre cette coupelle 10 par l'intermédiaire d'un roulement à aiguilles 11 , ou d'une butée glissante ou analogue, pour éviter une torsion du ressort 9 lors de la rotation de la tige 2 autour de son axe A. L'autre extrémité du ressort 9 vient appliquer la collerette périphérique 6ç de la cage 6 contre la culasse. On comprendra aisément que ce ressort 9 exerce une force de rappel élastique sur la tige 2 afin d'appliquer l'obturateur 1 contre son siège 4a en position de fermeture du conduit. La présence du jeu f permet d'assurer que c'est le ressort 9 qui applique l'obturateur 1 contre son siège 4a. Si ce jeu f n'était pas prévu, l'obturateur pourrait être empêché de venir en contact étanche avec le siège 4a, par une mise en butée préalable de l'écrou 5 contre la cage 6. Le jeu e est quant à lui nécessairement lié à la présence du jeu f pour permettre le réglage de ce dernier. Bien entendu, les jeux e et f sont complémentaires car ils correspondent à la différence de hauteur axiale entre l'écrou 5 et la cage 6. Les jeux initiaux e et f peuvent être ajustés grâce à la rainure de réglage 8 qui permet de faire pivoter la cage 6 et donc l'écrou 5 autour de l'axe A ; ce mouvement rotatif de l'écrou 5 s'accompagne d'un déplacement axial de l'écrou 5 dans la cage 6 par rapport à la tige 2 qui reste fixe en rotation au cours de ce réglage.
On va maintenant brièvement décrire le fonctionnement du clapet de l'invention.
En position initiale de fermeture du conduit, représentée sur les figures 1 et 3, l'obturateur 1 est en appui contre son siège 4a, sous l'action du ressort de rappel 9 et de la pression éventuelle qui règne dans la chambre du cylindre 12. Pour ouvrir le clapet C, on entraîne en rotation la tige 2 autour de son axe A, ce qui a pour effet de provoquer simultanément
un déplacement axial de la tige 2 vers le bas, étant donné que l'écrou 5 est immobilisé en rotation. Ce déplacement axial de la tige 2 permet de décoller très légèrement l'obturateur 1 de son siège 4a, et donc de faciliter l'ouverture du clapet en appliquant un couple minimum au niveau de la commande en rotation. En effet, le pas de l'écrou 5 et du filetage externe de la portion 2a de la tige 2 est très petit, et juste suffisant pour décoller très légèrement le clapet de son siège.
Dès que l'obturateur 1 s'écarte légèrement de son siège 4a dans la direction axiale, le ressort 9 rappelle la tige 2 en arrière vers le haut jusqu'à ce que l'écrou 5 vienne en butée contre la cage 6 en comblant le jeu initial f. Ce jeu initial f est donc préréglé de façon que dès le début de l'ouverture du conduit, l'écrou 5 vienne en butée contre la cage 6. Comme l'écrou 5 ne peut plus se déplacer axialement par rapport à la cage 6, celle-ci maintient l'obturateur 1 légèrement écarté axialement de son siège 4a au cours de la rotation ultérieure de la tige jusqu'à l'ouverture complète du conduit. L'action de rappel du ressort 9 est ainsi neutralisée dés le début de l'ouverture du conduit, et l'obturateur s'écarte progressivement de son siège jusqu'à l'ouverture complète. En fin de course d'ouverture, l'obturateur 1 se sera déplacé sur un angle d'environ 90° dans un plan sensiblement parallèle au siège 4a et sur une distance de quelques dixièmes de millimètre dans la direction axiale.
Le décollement de l'obturateur 1 de son siège 4a dès le début de l'ouverture du conduit permet d'éliminer les frottements entre l'obturateur et son siège, ces frottements pouvant être considérables, lors de l'ouverture d'un conduit d'échappement, compte-tenu de la pression qui peut exister dans le cylindre après combustion des gaz.
Pour la fermeture du clapet, il suffit d'effectuer les opérations précitées, dans l'ordre inverse : la tige 2 est entraînée en rotation dans le sens inverse jusqu'à ce que l'obturateur 1 vienne en contact partiel avec son siège 4a en se déplaçant axialement vers le haut ; au cours de cette première phase de rotation, l'écrou 5 reste en butée contre la cage 6 ; la rotation se poursuit ensuite jusqu'à ce que l'obturateur 1 se déplace en contact frottant contre son siège 4a : l'écrou 5 s'écarte alors axialement de la cage 6 vers le bas pour
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reconstituer le jeu f. Pour la fermeture du clapet, il n'est pas gênant que l'obturateur 1 frotte contre son siège 4a en fin de course, étant donné que la pression dans le cylindre est alors faible voire proche de la pression atmosphérique. On a représenté schématiquement sur la figure 5 un cylindre 12 comportant un conduit d'admission 3 et un conduit d'échappement 13 munis chacun d'un clapet selon l'invention. Le débattement angulaire α du clapet d'admission peut être de l'ordre de 79° et le débattement angulaire β du clapet d'échappement peut être de l'ordre de 86°. On remarquera que l'ouverture et la fermeture de ces deux clapets doivent être synchronisées pour éviter que les obturateurs 1 de ces deux clapets n'interfèrent l'un avec l'autre en raison de l'encombrement limité du cylindre (le débattement angulaire respectif des deux obturateurs est représenté en traits mixtes sur la figure 5). Bien entendu, plusieurs clapets du type ci-dessus décrit peuvent être installés par cylindre, par exemple, un pour l'admission et un pour l'échappement, deux pour l'admission et un pour l'échappement, deux pour l'admission et deux pour l'échappement. Sur les figures 6A à 6G, on a représenté, schématiquement, le positionnement possible sur un même cylindre de quatre, trois ou deux clapets du type ci-dessus décrit. Sur les figures 7A à 7F, on a représenté, pour un cylindre comportant quatre conduits, le positionnement de deux clapets doubles relatifs à ces quatre conduits, la rotation de la tige d'un clapet double entraînant l'ouverture ou la fermeture simultanée de deux conduits. La forme de l'obturateur 1 peut être un secteur circulaire ou toute autre forme présentant un intérêt dans l'évolution de la section découverte du conduit associé. La commande en rotation de la tige 2 du clapet peut s'effectuer par un moteur électrique à courant continu, à courant alternatif ou pas à pas, ou par asservissement hydraulique. En outre, on peut prévoir un système électronique définissant les lois d'ouverture et de fermeture des clapets en fonction d'un ou plusieurs paramètre(s) de fonctionnement du moteur. Cette commande peut être faite directement sur la tige 2, ou par l'intermédiaire d'un système de pignon ou de courroies.
Par rapport aux moteurs équipés de soupapes classiques, l'invention présente les avantages suivants :
- on obtient une section de passage d'air ou de gaz entièrement programmable, et non liée à un profil d'une came, la commande du système pouvant être cartographiée en fonction de la charge et/ou du régime et/ou d'autres paramètres du fonctionnement du moteur, d'où il résulte notamment une réduction des émissions polluantes et de la consommation ;
- l'arbre à cames et sa commande sont supprimés ; - les commandes de soupapes et leurs systèmes de rattrapage de jeu sont supprimés ;
- le coefficient de section de passage efficace est bien meilleur qu'avec un système soupape/siège de type classique, ce qui est intéressant pour l'admission, mais encore plus pour l'échappement, en raison d'une perte de charge réduite entre l'obturateur et son siège ;
- il devient possible d'inclure facilement un système de rotation de la charge d'air dans le conduit d'admission pour les moteurs à injection directe ;
- on peut supprimer le papillon des gaz à l'admission, car le clapet de l'ensemble selon l' invention le remplace ;
- il est possible de faire fonctionner le moteur à très bas régime, car il est possible de contrôler la quantité d'air, ou de mélange air-carburant, admis en ajustant l'ouverture du clapet en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur ; - on réduit la pollution en ville des moteurs de véhicules automobiles par un fonctionnement à très bas régime dans les phases de ralenti, notamment dans les embouteillages, étant donné que la quantité de gaz émise est directement proportionnelle au régime de rotation, hors de toute diminution des émissions, en raison d'un meilleur contrôle des organes d'ouverture/fermeture du cylindre ;
- on peut entièrement programmer ou annuler la réouverture d'un clapet d'échappement pour l'utilisation de l'énergie des bouffées des autres cylindres en vue d'une autosuralimentation.
Bien que l' invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens
décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.
Claims
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REVENDICATIONS
1 - Ensemble comportant un clapet (C) associé à au moins un conduit (3, 13), ledit clapet comportant une tige (2) reliée à un obturateur (1) pour amener ce dernier contre son siège (4a) dans une position de fermeture du (des) conduit(s), et éloigner l'obturateur de son siège dans une position d'ouverture du (des) conduit(s), la tige (2) étant excentrée par rapport à l'obturateur (1) et destinée à être entraînée en rotation sensiblement autour de son axe pour déplacer l'obturateur en translation circulaire sensiblement au droit de son siège (4a), caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen (2a, 5) pour déplacer axialement la tige (2) sur une courte distance au moins en début d'ouverture du conduit afin de décoller l'obturateur de son siège.
2 - Ensemble selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que la tige (2) est sensiblement perpendiculaire à l'obturateur (1) et le siège (4a) est sensiblement plan, l'obturateur (1) présentant en vis-à- vis de son siège (4a) une face sensiblement plane dont le déplacement, au cours de la rotation de la tige, s'effectue sensiblement dans le plan du siège (4a).
3 - Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le moyen (2a, 5) pour déplacer axialement la tige est commandé par la rotation de la tige (2) du clapet.
4 - Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen (6) pour maintenir l'obturateur (1) légèrement axialement écarté de son siège (4a) jusqu'à l'ouverture complète du conduit (3, 13).
5 - Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le moyen pour déplacer axialement la tige (2) du clapet est constitué d'un écrou (5) immobilisé en rotation, et d'une portion extérieurement filetée (2a) de la tige (2) s 'engageant à travers ledit écrou pour coopérer avec lui, le pas des filetages respectifs de l'écrou (5) et de ladite portion (2a) étant faible pour ne déplacer la tige (2) que sur une courte distance.
6 - Ensemble selon les revendications 4 et 5 prises simultanément, caractérisé par le fait que l'écrou (5) est logé avec du jeu axial (e, f) dans une cage fixe (6) servant à immobiliser en rotation ledit écrou (5).
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7 - Ensemble selon les revendications 4 et 6 prises simultanément, caractérisé par le fait que le jeu axial (f) est inférieur au déplacement axial de la tige (2) du clapet, de façon que l'écrou (5) vienne en butée contre la cage (6), lors de l'ouverture du conduit, sous l'effet d'un moyen élastique (9) de rappel du clapet vers son siège (4â), la cage (6) servant alors de moyen pour maintenir le clapet écarté de son siège (4a).
8 - Ensemble selon la revendication 5 prise seule ou en combinaison avec l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que le pas des filetages de l'écrou (5) et de la portion filetée (2a) de la tige (2) est déterminé de façon que le déplacement axial de la tige (2) du clapet, au cours d'un débattement angulaire d'environ 90°, soit de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre.
9 - Moteur thermique, notamment à combustion interne, comportant au moins un cylindre (12) associé à au moins un conduit d'admission et au moins un conduit d'échappement, caractérisé par le fait qu'il comprend, sur l'un au moins de ses conduits d'admission ou d'échappement, un ensemble selon l'une des revendications 1 à 8.
10 - Moteur selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comporte un système électronique de commande définissant les lois d'ouverture et de fermeture de chaque clapet en fonction de paramètre(s) de fonctionnement du moteur.
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| FR9803804A FR2776704A1 (fr) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | Ensemble comportant un clapet associe a au moins un conduit et moteur thermique equipe de cet ensemble |
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- 1999-03-17 WO PCT/FR1999/000596 patent/WO1999050538A1/fr active Search and Examination
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