WO2011098340A1 - Dephaseur d'arbre a cames - Google Patents

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WO2011098340A1
WO2011098340A1 PCT/EP2011/050863 EP2011050863W WO2011098340A1 WO 2011098340 A1 WO2011098340 A1 WO 2011098340A1 EP 2011050863 W EP2011050863 W EP 2011050863W WO 2011098340 A1 WO2011098340 A1 WO 2011098340A1
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WO
WIPO (PCT)
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rotor
stator
index
phase shifter
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/050863
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English (en)
Inventor
Jean-Pierre Bernard
Original Assignee
Delphi Technologies, Inc.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delphi Technologies, Inc. filed Critical Delphi Technologies, Inc.
Publication of WO2011098340A1 publication Critical patent/WO2011098340A1/fr

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Classifications

    • 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
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force

Definitions

  • the invention is in the field of rotating machines and more particularly relates to an angular phase shifter camshaft.
  • Angular phase shifters are known in the state of the art and commonly used to adjust the angular position of camshafts of internal combustion engines.
  • crankshaft drives the cam shaft in rotation by means of drive means, which may include a chain or a belt tensioned between a pulley secured to the crankshaft and another pulley. solidary of the high engine.
  • drive means which may include a chain or a belt tensioned between a pulley secured to the crankshaft and another pulley. solidary of the high engine.
  • the camshaft rotates half as fast as the crankshaft.
  • phase shifter interposed between the pulley of the high engine and the camshaft so as to slightly vary the angular position of the camshaft by moving it forward or back a few degrees relative to the direct drive position without phase shifter.
  • the hydraulic phase shifter comprises a stator and a rotor.
  • the stator is so called by analogy with rotating machines although rotates rotated by the drive means.
  • the rotor placed inside the stator is when it is coaxially attached to the camshaft.
  • the drive means thus drives the stator which rotates the rotor which, finally, drives the camshaft in an optimized kinematics.
  • the phase shifter operates as a rotary cylinder, the stator comprising at least one pressure chamber forming a concave angular sector, and the rotor comprising a convex lobe forming a piston in this chamber.
  • a hydraulic supply directs a pressurized fluid to one side or the other of the lobe, thereby rotating the rotor relative to the stator.
  • the stator generally comprises several substantially equidistributed chambers, in the manner of the three or four leaves of a clover.
  • the rotor is provided with so many lobes, each forming
  • one of the chamber / lobe pairs is the main pair, the others are secondary.
  • the main pair determines the two extreme angular positions of the rotor. These positions are reached when the main lobe bears on one side or the other in the chamber main. In extreme position, the secondary lobes are not in contact against a wall of the secondary chamber which they occupy.
  • the phase shifter With the motor always running in the same direction, the phase shifter also always rotates in the same direction and then the transmission of the forces from the stator to the rotor is in a single direction.
  • a locking system can secure the rotor and the stator. This locking is conventionally performed by an index integral with the rotor and can partially place one of its ends in a housing of the stator provided for this purpose. The index finger can also retract completely and thus release the rotor of the stator.
  • the housing provided in the stator is slightly larger than the index thus facilitating the index-housing alignment required for locking.
  • the movements of the index are controlled by the hydraulic system.
  • the locked system ensures homokinetic transmission.
  • the phase shifter is conventionally designed with a coaxial stator and rotor.
  • the tension of the drive means, chain or belt creates a catch of the mechanical clearances which slightly offsets the stator relative to the rotor, which remains coaxial with the camshaft.
  • this support of the axial surfaces creates a preferred axial axis of sliding in which occurs the slight offset of the stator and the rotor.
  • the invention relates to a camshaft angular phase shifter comprising a stator and a rotor, the stator being rotated about its axis by means drive and the rotor, integral with the camshaft, being rotated about its axis by the stator.
  • the phase shifter is further provided with locking means comprising an integral index of the rotor, respectively of the stator, and movable between a retracted position corresponding to an open state in which the rotor can, relative to its axis, rotate with respect to the stator, and a position in which an end portion of the index is received in a complementary housing operated in the stator, respectively the rotor, for securing in rotation the stator and the rotor in a locked state in which the index is in contact with the interior of the complementary housing.
  • the locked state further corresponds to a position of the rotor relative to the stator in which an axial surface of the rotor is in contact with an axial surface of the stator.
  • the contact of the surfaces defines an axial plane of sliding of the rotor relative to the stator, in which plane the rotor and the stator are slightly offset, in particular under the influence of the voltage of the drive means, the stator and rotor axes remaining parallel .
  • the misalignment causes, during the rotation of the phase-shifter, relative displacements of the housing and the index.
  • the radius of action of the index and the action radius of the housing are chosen so as to minimize the mechanical stresses at the index / housing contact during the relative movements of the housing and the index and thus to facilitate the unlocking of the index.
  • the index and the complementary housing are of axial revolution and circular section such that the diameter of the housing is greater than that of the index.
  • the radius of action of the index is greater than the radius of action of the housing and the radii of action are such that in the locked state and observed in a section plane transverse to the axis the index , the index / housing contact, the axis of the index and the axis of the housing are substantially aligned along a line normal to the sliding plane.
  • the tangent to the index and the housing passing through the index / housing contact is substantially parallel to the sliding plane.
  • control means which can be hydraulic, controlling the rotation of the rotor relative to the stator and the input / output of the index to go from the open state to the state Locked.
  • the stator is provided with at least one concave chamber extending between a first axial plane surface and a second surface and the rotor is provided with at least one convex lobe extending between a third axial plane surface and a fourth surface.
  • the concave chamber is larger than the convex lobe which is placed in the concave chamber.
  • the rotor can move angularly relative to the stator from a first position in which the first axial surface receives support third axial surface, the contact of the axial surfaces defining the sliding plane between the rotor and the stator.
  • the elements of the locking means arranged in the rotor are in the convex lobe of the rotor.
  • stator is provided with a plurality of concave chambers forming angular sectors and the rotor is provided with as many convex lobes so that in each concave chamber of the stator is placed a convex lobe of the rotor.
  • the locking means comprise only one locking index and then, in the locked state, only the convex lobe provided with locking means is in contact in its concave chamber, the contact being made according to the sliding plan.
  • Figure 1 is an overall view of a phase shifter according to the invention, shown in axial section.
  • Figure 2 is a cross section of the phase shifter according to the plane PI of Figure 1, the rotor and the stator being in the locked position.
  • Figure 3 is a cross section of the phase shifter of Figure 1 in the unlocked position.
  • Figure 4 is a section of the locking means equipping the phase shifter of Figure 1, the means being shown in the locked position.
  • FIG. 5 is a section in the unlocked position of the means of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a block diagram which illustrates the relative positions of the parts of the locking means in a transverse plane while the stator and the rotor are off-axis, of so that the index-housing contact is offset relative to the main axis, in the peripheral zone of the stator.
  • FIG. 7 is the same schematic diagram as that of FIG. 6, after the phase shifter has performed a half-revolution and the stator and the rotor are off-axis, so that the index-housing contact is close to the axis main.
  • Figure 8 is the same schematic diagram as that of Figures 6 and 7, the stator and the rotor being in a coaxial intermediate position. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
  • FIG. 1 represents a camshaft 12 equipped with a phase-shifter 20.
  • the phase-shifter 20 comprises an outer stator 22 and a rotor 24 placed in the stator 22.
  • the rotor 24 is coaxially fixed to the camshaft 12.
  • the stator 22 is rotated by means of a chain (not shown) of
  • Figure 1 roughs a hydraulic system conveying fluid under pressure through channels operated in the camshaft 12 and in the phase shifter 20.
  • Figure 2 is a radial section of the phase shifter 20 along a plane PI normal to the main axis Al.
  • Figure 3 is the same section along PI, the rotor and the stator being placed differently than in Figure 2.
  • the stator 22 is a cylinder of circular section having an outer surface 26, a thickness 28 and an inner surface 30 provided with four walls 32, 34, 36, 38, each delimited by two axial surfaces, 40, 42, 44, 46, planes extending in the direction of the axis of the stator As without reaching it, the four walls, 32, 34, 36, 38, leaving free in the center of the stator a cylindrical space of circular section for receiving the rotor 24.
  • stator 22 Two contiguous walls define an angular sector forming a chamber inside the stator 22.
  • the stator 22 is thus provided with four chambers, 50, 52, 54, 56, drawing in the plane PI a sort of four-leaf clover.
  • the rotor 24 comprises a central cylindrical core of circular section whose diameter is adjusted to the cylindrical space left free in the center of the stator 22.
  • the rotor 24 is further provided with four lobes, 60, 62, 64, 66, extending radially from the core of the rotor 24 to a diameter adjusted to that of the inner surface 30 of the stator 22.
  • each of the lobes, 60, 62, 64, 66 is in a chamber, 50, 52, 54, 56, of the stator 22.
  • the lobes, 60, 62, 64, 66, of the rotor 24 are angularly smaller than the chambers, 50, 52, 54, 56, of the stator 22 thus, in place in the stator 22, the rotor 24 can rotate about its axis Ar.
  • the stator 22 and the rotor 24 together form a rotating hydraulic ram comprising four chambers, 50, 52, 54, 56, each divided by a piston-shaped lobe, 60, 62, 64, 66.
  • the rotation of the rotor 24 in the stator 22 is controlled by the hydraulic control which conveys through the channels the fluid under pressure on one side or the other of the lobe.
  • the phase-shifter 20 also always rotates in the same direction indicated by the arrow R in FIGS. 2 and 3.
  • the transmission of the forces of the stator 22 towards the rotor 24 is done according to this direction R.
  • the rotor 24 is pivotable in the stator 22 within an angular range illustrated by FIGS. 2 and 3.
  • One of the chamber / lobe pairs is the main pair, 50-60, the others are secondary, 52 -62, 54-64, 56-66.
  • the main pair, 50-60 determines the two extreme angular positions that can be taken by the rotor 24.
  • FIG. 2 illustrates the end position in which the axial surfaces 40 and 70 are in contact.
  • the secondary lobes, 62, 64, 66 are not in contact against a wall of the secondary chamber, 52, 54, 56, which they occupy.
  • the two extreme positions are distinguishable from each other in that in the absence of pressure in the phase shifter 20, the rotor 24 is naturally placed, according to the position of FIG. 2, the axial surface 70 bearing against the axial surface 40 of the wall 32. In this position, the rotor 24 and the stator 22 may be locked to each other by means of a detailed lock assembly at
  • the locking means As shown in FIGS. 4 and 5, the locking means
  • a cylindrical index 80 of circular section comprise, provided in the rotor 24, a cylindrical index 80 of circular section, a blind bore 82, a spring 84 compressed between the bottom of the bore 82 and the input end of the index 80 and provided in the stator 22 , a cylindrical housing 90 of circular section and diameter greater than the diameter of the index 80.
  • the index 80 is placed in the bore 82 and can slide along its axis Ai coaxial with the axis of the bore 82 Aa both being parallel to the axis Ar of the rotor 24 and to the main axis Al.
  • the index 80 can fully retract into the bore 82 - Figure 4 - defining an open state EO in which the rotor 24 can rotate in the stator 22 relative to its axis Ar.
  • the index 80 can partially leave the bore 82 - Figure 5 - the end 86 placed in the housing 90 of the stator 22, thus securing in a locked state EV the rotor 24 and the stator 22.
  • the locked state EV is only possible when the rotor 24 and the stator 22 are in the locking position PV.
  • the hydraulic system controls the movements of the index 80.
  • the end 86 of the index 80 is of a diameter slightly less than that of the housing 90.
  • the end 86 may also be of slightly conical shape, as shown in FIG. Figures 4 and 5.
  • Figure 6, 7 and 8 schematize in an exaggerated manner the locking means according to the invention so as to easily visualize the mechanical clearances between the parts.
  • Figures 6, 7 and 8 are cross-sectional to the main axis Al, according to the plane PI already used in Figures 2 and 3.
  • the stator 22 and the rotor 24 are in the locked position PV, in the locked state EV .
  • the index 80 is in the housing 90 and is in linear contact Pc therewith.
  • the axial surface 40 of the main chamber 50 and the axial surface 70 of the main lobe 60 are in contact and define a sliding plane PG of the stator 22 with respect to the rotor 24, in which, and under the influence of the voltage of the chain, a catch of the functional clearances j internal to the phase shifter 20 takes place.
  • stator 22 has radially slid and is off-axis clearance J with respect to the rotor 24, the axes As of the stator 22 and Ar of the rotor 24 remaining parallel.
  • FIG. 6 the axis As of the stator 22 is below the main axis A1 and then, following a half-revolution of the phase-shifter 20, in FIG. 7, the axis As of the stator 22 is above the main axis Al.
  • FIG. 8 represents a situation intermediate those of FIGS. 6 and 7, in which the offset J is zero and the axes As of the stator 22, Ar of the rotor 24 and Al main are merged. This configuration occurs twice per revolution of the phase shifter 20.
  • the position of the contact Pc varies due to the cyclic movement Me and the index 80 may come to interfere with the housing 90. This interference counteracts the unlocking of the index 80.
  • slot 90 is slightly
  • the housing 90 is slightly mounted, the contact Pc is consequently slightly down and has moved closer to the main axis Al.
  • the index-housing interference vanishes in the intermediate configuration of Figure 8 when the offset J is zero.
  • the contact Pc, the axis Ai of the index 80 and the axis Al of the housing 90 are aligned perpendicular to the sliding plane PG.
  • the radius of action Ri of the index 80 is chosen to be greater than the radius of action RI of the housing 90, distance from the axis As of the stator 22 to the axis A1 of the housing 90.
  • stator and the rotor shown in one piece can result from the assembly of elementary parts.
  • Phase shifters especially for exhaust camshafts, are distinguished by the locked position PV corresponding to a contact of the axial surfaces 72 and 44 reached if pressurized hydraulic fluid is sent into the phase shifter.
  • the sliding plane PG is that of the axial surfaces 72 and 44.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Déphaseur (20) d'arbre à cames comprenant dans le rotor (24) un index (80) de verrouillage dont l'extrémité est reçue dans un logement (90) du stator (22) ainsi verrouillant le stator (22) et le rotor (24). Dans cet état l'index (80) est en contact dans le logement (90). De plus une surface axiale du rotor (24) est en contact avec une surface axiale du stator (22), définissant un plan axial de glissement du rotor (24) par rapport au stator (22) dans lequel le rotor (24) et le stator (22) sont légèrement désaxés, notamment sous l'influence de la tension de la chaîne. Les axes stator et rotor restent parallèles. Le désaxement provoque au cours de la rotation du déphaseur (20), des déplacements relatifs du logement et de l'index (80). Le rayon d'action de l'index et celui du logement sont choisis de sorte à minimiser les contraintes mécaniques au niveau du contact index/logement et ainsi à faciliter le déverrouillage de l'index (80).

Description

Déphaseur d'arbre à cames
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention est dans le domaine des machines tournantes et concerne plus particulièrement un déphaseur angulaire d'arbre à cames.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Des déphaseurs angulaires sont connus de l'état de la technique et couramment utilisés pour ajuster la position angulaire des arbres à cames des moteurs à combustion interne.
Dans un moteur à combustion interne à quatre temps, le vilebrequin entraîne l'arbre à came en rotation par l'intermédiaire de moyens d'entraînement, pouvant notamment comprendre une chaîne ou bien une courroie tendue entre une poulie solidaire du vilebrequin et une autre poulie solidaire du haut moteur. L'arbre à cames tourne deux fois moins vite que le vilebrequin.
La recherche permanente d'optimisation de la combustion interne des moteurs a amené à interposer entre la poulie du haut moteur et l'arbre à cames un déphaseur permettant de légèrement varier la position angulaire de l'arbre à cames en l'avançant ou en le reculant de quelques degrés relativement à la position d'entraînement directe sans déphaseur.
Le déphaseur hydraulique comprend un stator et un rotor. Le stator est ainsi dénommé par analogie avec les machines tournantes bien qu'il tourne entraîné en rotation par le moyen d'entraînement. Le rotor placé à l'intérieur du stator est quand à lui coaxialement fixé à l'arbre à cames. Le moyen d'entraînement entraine ainsi le stator qui fait tourner le rotor qui, finalement, entraine l'arbre à cames selon une cinématique optimisée. Le déphaseur fonctionne à l'instar d'un vérin rotatif, le stator comprenant au moins une chambre de pression formant un secteur angulaire concave, et le rotor comprenant un lobe convexe formant piston dans cette chambre. Une alimentation hydraulique dirige un fluide sous pression d'un côté ou de l'autre du lobe, faisant par là même tourner le rotor relativement au stator. Le stator comprend généralement plusieurs chambres sensiblement équiréparties, à la manière des trois ou quatre feuilles d'un trèfle. Le rotor est quand à lui pourvu d'autant de lobes, chacun formant un piston dans une chambre.
Dans les constructions classiques à plusieurs chambres et autant de lobes, une des paires chambre/lobe est la paire principale, les autres sont secondaires. La paire principale détermine les deux positions angulaires extrêmes du rotor. Ces positions sont atteintes lorsque le lobe principal vient en appui d'un côté ou de l'autre dans la chambre principale. En position extrême, les lobes secondaires ne sont pas en contact contre une paroi de la chambre secondaire qu'ils occupent.
Le moteur tournant toujours dans le même sens, le déphaseur tourne également toujours dans le même sens et alors la transmission des efforts du stator vers le rotor se fait selon une direction unique. Lorsque le lobe principal est en appui contre une des parois de la chambre principale, un système de verrouillage peut solidariser le rotor et le stator. Ce verrouillage est classiquement réalisé par un index solidaire du rotor et pouvant partiellement placer une de ses extrémités dans un logement du stator prévu à cet effet. L'index peut également s'escamoter entièrement et ainsi libérer le rotor du stator. Le logement prévu dans le stator est légèrement plus grand que l'index facilitant ainsi l'alignement index- logement nécessaire au verrouillage. Les déplacements de l'index sont pilotés par le système hydraulique. Le système verrouillé assure une transmission homocinétique.
Le déphaseur est classiquement conçu avec un stator et un rotor coaxiaux. Cependant, compte tenu des jeux mécaniques fonctionnels inhérents aux besoins de déplacement des pièces les unes relativement aux autres, et notamment du rotor relativement au stator, la coaxialité théorique n'est pas respectée. La tension du moyen d'entraînement, chaîne ou courroie, crée un rattrapage des jeux mécaniques qui désaxe légèrement le stator relativement au rotor, qui lui reste coaxial avec l'arbre à cames. Par ailleurs, lorsque le lobe principal est en appui contre la paroi de la chambre principale, notamment en position verrouillé, cet appui des surfaces axiales crée un plan axial de glissement privilégié selon lequel s'opère le léger désaxage du stator et du rotor. La conjonction de la rotation du plan de glissement, liée à la rotation générale du déphaseur, avec la stabilité directionnelle de la tension de la courroie engendre, en position verrouillée, un petit déplacement cyclique de l'index dans le logement au cours duquel l'index peut venir en contact interférant avec la paroi intérieure du logement gênant le retrait de l'index et retardant le déverrouillage du stator et du rotor, perturbant ainsi le bon fonctionnement du moteur. Des déphaseurs de ce type sont décrits dans
DE102005011441, DE 102007019920 et US 2006/0278187.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention résout les problèmes ci-dessus décrits. En particuliers l'invention est selon les caractéristiques de la revendication indépendante. Des modes de réalisations sont précisés dans les revendications dépendantes.
L'invention concerne un déphaseur angulaire d'arbre à cames comprenant un stator et un rotor, le stator étant entraîné en rotation autour de son axe par des moyens d'entraînement et le rotor, solidaire de l'arbre à cames, étant entraîné en rotation autour de son axe par le stator. Le déphaseur est de plus pourvu de moyens de verrouillage comprenant un index solidaire du rotor, respectivement du stator, et mobile entre une position escamotée correspondant à un état ouvert dans lequel le rotor peut, relativement à son axe, tourner par rapport au stator, et une position dans laquelle une portion d'extrémité de l'index est reçue dans un logement complémentaire opéré dans le stator, respectivement le rotor, permettant de solidariser en rotation le stator et le rotor en un état verrouillé dans lequel l'index est en contact avec l'intérieur du logement complémentaire. L'état verrouillé correspond de plus à une position du rotor relativement au stator dans lequel une surface axiale du rotor est en contact avec une surface axiale du stator. Le contact des surfaces définit un plan axial de glissement du rotor par rapport au stator, plan dans lequel le rotor et le stator sont légèrement désaxés, notamment sous l'influence de la tension des moyens d'entraînement, les axes stator et rotor restant parallèles. Le désaxement provoque, au cours de la rotation du déphaseur, des déplacements relatifs du logement et de l'index. De plus, le rayon d'action de l'index et le rayon d'action logement sont choisis de sorte à minimiser les contraintes mécaniques au niveau du contact index/logement lors des déplacements relatifs du logement et de l'index et ainsi à faciliter le déverrouillage de l'index.
De plus, l'index et le logement complémentaire sont de révolution axiale et de section circulaire telles que le diamètre du logement est supérieur à celui de l'index.
Le rayon d'action de l'index est plus grand que le rayon d'action du logement et les rayons d'action sont tels que dans l'état verrouillé et observé dans un plan de coupe transversal à l'axe le l'index, le contact index/logement, l'axe de l'index et l'axe du logement sont sensiblement alignés le long d'une droite normale au plan de glissement. Ainsi, observé dans le plan de coupe transversal, la tangente à l'index et au logement passant par le contact index/logement est sensiblement parallèle au plan de glissement.
Par ailleurs, le déphaseur angulaire d'arbre à cames est pourvu de moyens de commande, pouvant être hydraulique, pilotant la rotation du rotor relativement au stator et les entrés/sorties de l'index pour passer de l'état ouvert à l'état verrouillé.
Le stator est pourvu d'au moins une chambre concave s 'étendant entre une première surface plane axiale et une deuxième surface et le rotor est pourvu d'au moins un lobe convexe s 'étendant entre une troisième surface plane axiale et une quatrième surface. La chambre concave est plus grande que le lobe convexe qui se place dans la chambre concave. Le rotor peut se déplacer angulairement relativement au stator à partir d'une première position dans laquelle la première surface axiale reçoit en appui la troisième surface axiale, le contact des surfaces axiales définissant le plan de glissement entre le rotor et le stator.
Les éléments des moyens de verrouillage agencés dans le rotor le sont dans le lobe convexe du rotor.
II se peut que le stator soit pourvu d'une pluralité de chambres concaves formant des secteurs angulaires et le rotor soit pourvu d'autant de lobes convexes de sorte que dans chaque chambre concave du stator se place un lobe convexe du rotor.
Il se peut également que les moyens de verrouillage ne comprennent qu'un seul index de verrouillage et alors, dans l'état verrouillé, seul le lobe convexe pourvu de moyens de verrouillage est en contact dans sa chambre concave, le contact se faisant selon le plan de glissement.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres avantages de l'invention seront plus directement perçus à la lecture de la description qui suit se référant aux figures.
La figure 1 est une vue d'ensemble d'un déphaseur selon l'invention, montré en coupe axiale.
La figure 2 est une coupe transversale du déphaseur selon le plan PI de la Figure 1 , le rotor et le stator étant en position verrouillé.
La figure 3 est une coupe transversale du déphaseur de la figure 1 en position déverrouillé.
La figure 4 est une section des moyens de verrouillage équipant le déphaseur de la figure 1 , les moyens étant représentés en position verrouillé.
La figure 5 est une section en position déverrouillé des moyens de la figure 4. La figure 6 est un schéma de principe qui illustre les positions relatives des pièces des moyens de verrouillage dans un plan transversal alors que le stator et le rotor sont désaxés, de sorte que le contact index-logement s'excentre relativement à l'axe principal, dans de la zone périphérique du stator.
La figure 7 est le même schéma de principe que celui de la Figure 6, après que le déphaseur ait opéré une demi-révolution et que le stator et le rotor sont désaxés, de sorte que le contact index-logement se rapproche de l'axe principal.
La figure 8 est le même schéma de principe que celui des Figures 6 et 7, le stator et le rotor se trouvant dans une position intermédiaire coaxiaux. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÈRES
Dans l'environnement d'un moteur 10, la Figure 1 représente un arbre à cames 12 équipé d'un déphaseur 20. Le déphaseur 20 comprend un stator 22 extérieur et un rotor 24 placé dans le stator 22. Le rotor 24 est coaxialement fixé à l'arbre à cames 12. Le stator 22 est entraîné en rotation au moyen d'une chaîne (non représentée) de
transmission tendue suivant une direction Dt. Cet ensemble brièvement présenté se repère selon un axe principal Al qui est l'axe de l'arbre à cames 12, et, selon la direction Dt de la tension de la chaîne sensiblement perpendiculaire à l'axe principal Al . L'axe Ar du rotor 24 est confondu avec l'axe principal Al . De plus, la Figure 1 ébauche un système hydraulique acheminant du fluide sous pression au travers de canaux opérés dans l'arbre à cames 12 et dans le déphaseur 20.
La Figure 2 est une coupe radiale du déphaseur 20 selon un plan PI normal à l'axe principal Al .
La Figure 3 est la même coupe selon PI, le rotor et le stator étant placé différemment que selon la Figure 2.
Le stator 22 est un cylindre de section circulaire ayant une surface extérieure 26, une épaisseur 28 et une surface intérieure 30 pourvue de quatre parois 32, 34, 36, 38, chacune délimitée par deux surfaces axiales, 40, 42, 44, 46, planes s 'étendant en direction de l'axe du stator As sans pour autant l'atteindre, les quatre parois, 32, 34, 36, 38, laissant libre, au centre du stator un espace cylindrique de section circulaire destiné à recevoir le rotor 24.
Deux parois contigues délimitent un secteur angulaire formant une chambre à l'intérieure du stator 22. Le stator 22 est ainsi pourvu de quatre chambres, 50, 52, 54, 56, dessinant dans le plan PI une sorte de trèfle à quatre feuilles.
Le rotor 24 comprend un cœur cylindrique central de section circulaire dont le diamètre est ajusté à l'espace cylindrique laissé libre au centre du stator 22. Le rotor 24 est de plus pourvu de quatre lobes, 60, 62, 64, 66, s 'étendant radialement depuis le cœur du rotor 24 jusqu'à un diamètre ajusté à celui de la surface intérieure 30 du stator 22. Lors du montage le rotor 24 est orienté de sorte que chacun des lobes, 60, 62, 64, 66, soit dans une chambre, 50, 52, 54, 56, du stator 22. Les lobes, 60, 62, 64, 66, du rotor 24 sont angulairement plus petits que les chambres, 50, 52, 54, 56, du stator 22 ainsi, en place dans le stator 22, le rotor 24 peut tourner autour de son axe Ar.
Le stator 22 et le rotor 24 forment ensemble un vérin hydraulique rotatif comprenant quatre chambres, 50, 52, 54, 56, chacune étant divisée par un lobe, 60, 62, 64, 66, formant piston. La rotation du rotor 24 dans le stator 22 est pilotée par la commande hydraulique qui achemine au travers des canaux le fluide sous pression d'un côté ou de l'autre du lobe.
Par ailleurs, le moteur 10 tournant toujours dans le même sens, le déphaseur 20 tourne également toujours dans le même sens repéré par la flèche R sur les figures 2 et 3. La transmission des efforts du stator 22 vers le rotor 24 se fait selon cette direction R. Le rotor 24 peut pivoter dans le stator 22 à l'intérieure d'une plage angulaire illustrée par les Figures 2 et 3. Une des paires chambre/lobe est la paire principale, 50-60, les autres sont secondaires, 52-62, 54-64, 56-66. La paire principale, 50-60, détermine les deux positions angulaires extrêmes qui peuvent être prises par le rotor 24. Ces positions extrêmes sont atteintes lorsque le lobe principal, 60, vient en appui selon une de ses surfaces axiales, 70, 72, d'un côté ou de l'autre dans la chambre principale 50 sur les surfaces axiale 40, 44. La Figure 2 illustre la position extrême dans laquelle les surfaces axiales 40 et 70 sont en contact. En position extrême, les lobes secondaires, 62, 64, 66, ne sont pas en contact contre une paroi de la chambre secondaire, 52, 54, 56, qu'ils occupent. Compte tenu du sens unique de rotation R et des efforts résistants agissant sur l'arbre à cames dans le sens inverse à la rotation R, les deux positions extrêmes se distinguent l'une de l'autre en ce que en l'absence de pression hydraulique dans le déphaseur 20, le rotor 24 se place naturellement, selon la position de la Figure 2, la surface axiale 70 en appui contre la surface axiale 40 de la paroi 32. Dans cette position, le rotor 24 et le stator 22 peuvent être verrouillés l'un à l'autre au moyen d'un ensemble de verrouillage détaillé aux
Figures 4 et 5. La position extrême de la Figure 2 est par la suite dénommée position de verrouillage PV.
Comme indiqué dans les Figures 4 et 5, les moyens de verrouillage
comprennent, pourvu dans le rotor 24, un index 80 cylindrique de section circulaire, un alésage aveugle 82, un ressort 84 comprimé entre le fond de l'alésage 82 et l'extrémité entrée de l'index 80 et, pourvu dans le stator 22, un logement 90 cylindrique de section circulaire et de diamètre plus grand que le diamètre de l'index 80.
L'index 80 est placé dans l'alésage 82 et peut y coulisser selon son axe Ai coaxial avec l'axe de l'alésage 82 Aa tous deux étant parallèles à l'axe Ar du rotor 24 et à l'axe principal Al .
L'index 80 peut entièrement s'escamoter dans l'alésage 82 - Figure 4 - définissant un état ouvert EO dans lequel le rotor 24 peut tourner dans le stator 22 relativement à son axe Ar.
L'index 80 peut partiellement sortir de l'alésage 82 - Figure 5 - l'extrémité 86 sortie se plaçant dans le logement 90 du stator 22, solidarisant ainsi en un état verrouillé EV le rotor 24 et le stator 22. L'état verrouillé EV n'est possible que lorsque le rotor 24 et le stator 22 sont en position de verrouillage PV.
Le système hydraulique pilote les déplacements de l'index 80.
Lorsque du fluide sous pression est dirigé dans le logement 90, sous l'index 80 dans le sens des Figures 4 et 5, le système commute de l'état verrouillé EV - Figure 5 - à l'état ouvert EO - Figure 4.
En position de verrouillage PV - Figure 2, lorsqu' aucun fluide n'est dirigé sous l'index 80, le ressort 84 pousse l'index 80 vers la sortie de l'alésage 82 en direction du logement 90 commutant l'ensemble en l'état verrouillé EV.
Dans le but de faciliter le verrouillage, l'extrémité 86 de l'index 80 est d'un diamètre légèrement inférieur à celui du logement 90. Pour faciliter le verrouillage l'extrémité 86 peut également être de forme légèrement conique, telle que représentée dans les Figures 4 et 5.
Le Figure 6, 7 et 8 schématisent de manière exagérée les moyens de verrouillage selon l'invention de sorte à facilement visualiser les jeux mécaniques entre les pièces. Les Figures 6, 7 et 8 sont en coupe transversale à l'axe principal Al, selon le plan PI déjà utilisé aux Figures 2 et 3. Le stator 22 et le rotor 24 sont en position de verrouillage PV, en l'état verrouillé EV.
L'index 80 est dans le logement 90 et est en contact linéaire Pc avec celui-ci. La surface axiale 40 de la chambre principale 50 et la surface axiale 70 du lobe principal 60 sont en contact et définissent un plan de glissement PG du stator 22 par rapport au rotor 24, dans lequel, et sous l'influence de la tension de la chaîne, un rattrapage des jeux fonctionnels J interne au déphaseur 20 s'opère.
On comprendra aisément que, compte tenu et des tolérances dimensionnelles et des jeux fonctionnels de l'index 80 et du logement 90, dans l'état verrouillé EV les surfaces 40 et 70 en contacts, définissant ainsi le plan de glissement PG, peuvent très légèrement s'écarter l'une de l'autre sans pour autant modifier fondamentalement le plan de glissement PG.
Dans les Figures 6 et 7, le stator 22 a radialement glissé et se trouve désaxé du jeu J par rapport au rotor 24, les axes As du stator 22 et Ar du rotor 24 restant parallèles.
La rotation du déphaseur 20 autour de l'axe principal Al se traduit par la rotation du plan de glissement PG, dans lequel s'opère le désaxage J. Au cours d'une révolution du déphaseur 20, la direction Dt de la tension de la chaîne restant fixe, le désaxage J peut être, dans le plan de glissement PG, d'un côté ou de l'autres de l'axe principal Al . Dans les Figures 6, 7 et 8 et dans le but de faciliter la description nous repérons les éléments par une orientation haut-bas selon le sens des figures. Par analogie, nous utilisons les désignations relatives associées « au-dessus », « en-dessous ».
Dans la Figure 6, l'axe As du stator 22 est en-dessous de l'axe principal Al puis, suite à une demi-révolution du déphaseur 20, en Figure 7, l'axe As du stator 22 est au-dessus de l'axe principal Al . La Figure 8 représente une situation intermédiaire entre celles des Figures 6 et 7, dans laquelle le désaxage J est nul et les axes As du stator 22, Ar du rotor 24 et Al principal sont confondus. Cette configuration se produit deux fois par révolution du déphaseur 20.
II s'ensuit, au cours d'une révolution du déphaseur, un mouvement cyclique Me du logement 90 relativement à l'index 80. Ce mouvement cyclique Me est linéaire et se repère, dans le plan de coupe transverse PI, selon la parallèle au plan de glissement PG passant par l'axe du logement Al.
En fonctionnement, la position du contact Pc varie du fait du mouvement cyclique Me et l'index 80 peut venir à interférer avec le logement 90. Cette interférence contrarie le déverrouillage de l'index 80.
Dans la configuration de la Figure 6, le logement 90 est légèrement
« descendu », le contact Pc est conséquemment légèrement « monté » et s'est excentré relativement à l'axe principal Al, dans de la zone périphérique du stator.
Dans la configuration de la Figure 7, le logement 90 est légèrement monté, le contact Pc est conséquemment légèrement descendu et s'est rapproché de l'axe principal Al.
L'interférence index-logement s'annule dans la configuration intermédiaire de la Figure 8 lorsque le désaxage J est nul. Le contact Pc, l'axe Ai de l'index 80 et l'axe Al du logement 90 sont alignés perpendiculairement au plan de glissement PG.
Pour que la configuration intermédiaire de la Figure 8 soit possible le rayon d'action Ri de l'index 80, distance de l'axe Ar du rotor 24 à l'axe Ai de l'index 80, est choisi supérieur au rayon d'action RI du logement 90, distance de l'axe As du stator 22 à l'axe Al du logement 90. Grâce à cette différence de rayons d'action, dans la
configuration intermédiaire de la Figure 8, la tangente Te au contact Pc est parallèle au plan de glissement PG et, conséquemment, les contraintes liées aux interférences résultants des positions autres - Figures 6 et 7 - situées de part et d'autre de la configuration intermédiaire - Figure 8 - sont minimisées. Exemple non limitatif
Ordre de grandeur des dimensions d'un déphaseur 20 selon l'invention. J « 20 μηι
Diamètre du logement « 9 mm
Diamètre de l'index « 8 mm
RI « 30,0 mm
Ri « 30,2 mm
La description qui précède présente un mode de réalisation particulier de l'invention dont les enseignements essentiels de l'invention sont la différence entre les rayons d'action de l'index et du logement. Ces enseignements peuvent être adaptés à d'autres machines tournantes présentant les caractéristiques du déphaseur décrit: deux pièces quasi-coaxiales liées entre elles par un système index/logement, les deux pièces tournant de manière homocinétique et admettant entre elles un plan axial de glissement, le plan de glissement tournant avec les pièces.
Ainsi, sans sortir des enseignements de l'invention, certaines caractéristiques décrites peuvent être choisies en fonction de l'application spécifique :
le mode d'entraînement (courroie, chaîne ou autre),
le nombre de chambre/lobe du déphaseur,
la forme exacte de l'index et son mode de commande,
l'index placé dans le rotor et le logement dans le stator,
le stator et le rotor représentés monoblocs peuvent résulter de l'assemblage de pièces élémentaires.
Enfin, le mode de réalisation décrit s 'appui sur un déphaseur d'arbre à cames d'admission. Des déphaseurs, notamment pour les arbres à cames d'échappement, s'en distinguent de par la position verrouillée PV correspondant à un contact des surfaces axiales 72 et 44 atteinte si du fluide hydraulique sous pression est envoyé dans le déphaseur. Pour ces déphaseurs, le plan de glissement PG est celui des surfaces axiales 72 et 44.

Claims

REVENDICATIONS
1. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames comprenant un stator (22) et un rotor (24), le stator (22) étant entraîné en rotation autour de son axe (As) par des moyens d'entraînement et le rotor (24), solidaire de l'arbre à cames (12), étant entraîné en rotation autour de son axe (Ar) par le stator (22), le déphaseur (20) étant de plus pourvu de moyens de verrouillage (80, 82, 84, 86, 90) comprenant un index (80) solidaire du rotor (24), respectivement du stator (22), et mobile entre une position escamotée correspondant à un état ouvert (EO) dans lequel le rotor (24) peut, relativement à son axe (Ar), tourner par rapport au stator (22), et une position dans laquelle une portion d'extrémité (86) de l'index (80) est reçue dans un logement (90) complémentaire opéré dans le stator (22), respectivement le rotor (24), permettant de solidariser en rotation le stator (22) et le rotor (24) en un état verrouillé (EV) dans lequel l'index (80) est en contact avec l'intérieur du logement (90) complémentaire, l'état verrouillé (EV) correspondant de plus à une position du rotor (24) relativement au stator (22) dans lequel une surface axiale du rotor (70) est en contact avec une surface axiale (40) du stator, le contact des surfaces définissant un plan axial de glissement (PG) du rotor (24) par rapport au stator (22), plan (PG) dans lequel le rotor (24) et le stator (22) sont légèrement désaxés (J), notamment sous l'influence de la tension des moyens d'entraînement, les axes stator (As) et rotor (Ar) restant parallèles, le désaxement (J) provoquant, au cours de la rotation du déphaseur (20), des déplacements relatifs (Me) du logement (90) et de l'index (80),
caractérisé en ce que
le rayon d'action (Ri) de l'index (80) est plus grand que le rayon d'action (RI) du logement (90) de sorte à minimiser les contraintes mécaniques au niveau du contact (Pc) index/logement lors des déplacements relatifs (Me) du logement (90) et de l'index (80) et ainsi à faciliter le déverrouillage de l'index (80).
2. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames (12) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'index (80) et le logement (90) complémentaire sont de révolution axiale et de section circulaire telles que le diamètre du logement (90) est supérieur à celui de l'index (80).
3. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames (12) selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux rayons d'action (Ri, RI) sont tels que dans l'état verrouillé (EV) et observé dans un plan de coupe (PI) transversal à l'axe le l'index (Ai), le contact (Pc) index/logement, l'axe de l'index (Ai) et l'axe du logement (Al) sont sensiblement alignés le long d'une droite normale au plan de glissement (PG).
4. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames (12) selon une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que observé dans le plan de coupe transversal (PI), la tangente (Te) à l'index (80) et au logement (90) passant par le contact (Pc) index/logement est sensiblement parallèle au plan de glissement (PG).
5. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le déphaseur (20) est de plus pourvu de moyens de commande pilotant la rotation du rotor (24) relativement au stator (22).
6. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames selon la revendication 5 caractérisé en ce que les moyens de commande pilotent également les entrés/sorties de l'index (80) pour passer de l'état ouvert (EO) à l'état verrouillé (EV).
7. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que les moyens de commande sont hydrauliques.
8. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames selon une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le stator (22) est pourvu d'au moins une chambre (50) concave s'étendant entre une première surface (40) plane axiale et une deuxième surface (44) et en ce que le rotor est pourvu d'au moins un lobe (60) convexe s'étendant entre une troisième surface plane axiale (70) et une quatrième surface (72), la chambre concave (50) étant plus grande que le lobe convexe (70) et étant agencée de sorte que le lobe convexe (70) se place dans la chambre concave (50), le rotor (24) pouvant se déplacer angulairement relativement au stator (22) à partir d'une première position dans laquelle la première surface axiale (40) reçoit en appui la troisième surface axiale (70), le contact des surfaces axiales (40, 70) définissant ainsi le plan de glissement (PG) entre le rotor (24) et le stator (22).
9. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames selon la revendication 8 caractérisé en ce que les éléments des moyens de verrouillage (80, 82, 84) agencés dans le rotor (24) le sont dans le lobe convexe (60) du rotor (24).
10. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames selon la revendication 9 caractérisé en ce que le stator (22) est pourvu d'une pluralité de chambres concaves (50, 52, 54, 56) formant des secteurs angulaires et le rotor (24) est pourvu d'autant de lobes convexes (60, 62, 64, 66) de sorte que dans chaque chambre concave du stator (22) se place un lobe convexe du rotor (24).
11. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames selon la revendication 9 caractérisé en ce que le déphaseur (20) ne comprend qu'un seul index (80) de verrouillage.
12. Déphaseur (20) angulaire d'arbre à cames selon la revendication 9 caractérisé en ce que dans l'état verrouillé (EV), seul le lobe convexe (60) pourvu de moyens de verrouillage est en contact dans sa chambre concave (50), le contact se faisant selon le plan de glissement (PG).
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