Ensemble d'une soupape de cylindre de moteur et d'un actionneur à butée de rattrapage de jeu

L'invention concerne la commande des soupapes de cylindres des moteurs à combustion interne sans arbre à cames, plus précisément par ce qu'on appelle un arbre à cames électromagnétique, qu'on qualifie de technologie sans came (camless).

Selon cette technologie, une soupape, qu'il s'agisse de l'admission ou de l'échappement, est rappelée sur son siège par un ressort de soupape montée autour d'une queue de soupape et, sous l'action d'une palette d'électroaimant en matériau magnétique et d'un électroaimant d'ouverture, la soupape est écartée de son siège par une tige de la palette repoussant la queue de soupape. L'électroaimant d'ouverture est généralement associé à un électroaimant de fermeture, la palette étant montée entre les deux électroaimants. Quand aucun des deux électroaimants n'est activé, la palette est maintenue entre les deux par le ressort de soupape et un ressort de palette monté autour de sa tige.

Entre la queue de soupape, qu'on appellera aussi tige de soupape, et la tige de palette est ménagé un jeu dit de distribution.

Ce jeu permet à l'une des tiges de soupape et de palette de coulisser quand l'autre est immobile. Ce jeu permet d'assurer le rappel de la soupape en position de fermeture, c'est-à-dire qu'il permet d'assurer l'étanchéité. Dans cette position, dans laquelle la queue de soupape est éloignée de la tige de palette, la force exercée par l'électroaimant de fermeture ne s'oppose qu'à l'action du ressort de la palette.

Ainsi, la soupape et la palette alternent des positions fixes, dites en butée, avec des déplacements transitoires entre ces positions.

L'existence du jeu de distribution pose des problèmes, tant au niveau système que des lois de commande. En effet, il impose de contrôler les percussions queue de soupape - tige de palette ; il complique totalement le contrôle serré du

COPIé DE CONFIRMATION

moment de l'ouverture de soupape ; il détériore dans des proportions importantes la consommation du système camless.

L'invention vise à résoudre tout ou partie de ces problèmes. On soulignera que l'invention tire son origine de la prise en compte du fait que quand le moteur monte en température, le jeu de distribution entre les deux tiges de soupape et de palette varie.

On notera que les moteurs classiques peuvent déjà être équipés de systèmes hydrauliques de rattrapage de jeu. Mais ces systèmes sont alimentés par le circuit d'huile du moteur, ce qui implique un circuit d'huile assez compliqué.

Ainsi, l'invention concerne un ensemble d'une soupape de cylindre de moteur à combustion interne, rappelée en position de fermeture sur un siège par un ressort disposé autour d'une tige de soupape, et d'un actionneur de rappel de la soupape en position d'ouverture comprenant une tige d'actionnement agencée pour coopérer avec la tige de soupape, ensemble caractérisé par le fait qu'il est prévu, entre les deux tiges de soupape et d'actionneur, une butée de réglage autonome de longueur variable agencée pour maintenir comblé le jeu entre les deux tiges.

Ainsi, le jeu entre les deux tiges étant comblé par la butée, l'inconvénient des percussions des deux tiges l'une sur l'autre n'existe plus et, grâce à " l'élasticité " de la butée, du fait du caractère variable de sa longueur, quand le moteur monte en température, la butée s'étend pour continuer de maintenir comblé le jeu agrandi entre les deux tiges. Naturellement, la contrainte en réaction appliquée par la butée sur la soupape doit rester très inférieure au tarage du ressort correspondant à l'effort d'application de soupape sur son siège pour assurer l'étanchéité souhaitée.

Dans une première forme de réalisation de l'ensemble de l'invention, la butée de réglage est une pastille en matériau à mémoire de forme.

Dans une deuxième forme de réalisation de l'ensemble de l'invention, la butée de réglage autonome est une butée hydraulique étanche.

Avantageusement, la butée hydraulique étanche est encapsulée dans une poche souple remplie d'huile sans air.

De préférence, la butée hydraulique est agencée pour varier de longueur entre un état libre allongé, soupape en position de fermeture, et un état contraint raccourci, dans lequel la butée est rigide et transmet le déplacement de la tige d'actionneur à la queue de soupape.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de l'art antérieur et de deux formes de réalisation de l'ensemble de soupape et d'actionneur de l'invention, en référence au dessin en annexe, sur lequel :

- la figure 1 est une vue en partie en coupe d'un ensemble de soupape et d'actionneur de l'art antérieur ;

- la figure 2 est une vue schématique de la première forme de réalisation de l'ensemble de l'invention à pastille en acier AMF ;

- la figure 3 est une vue de l'ensemble de la figure 2 à une température plus élevée et

- la figure 4 est une vue en coupe de la deuxième forme de réalisation de l'ensemble de l'invention à butée hydraulique étanche.

En référence à la figure 1, il est ménagé dans la culasse 1 d'un moteur à combustion interne, une pluralité de logements 2 dans chacun desquels une queue (tige) de soupape 3 est montée mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture dans laquelle la soupape 4 est en appui sur un siège 7 pour obturer un canal d'admission ou d'échappement 5. La soupape 4 est rappelée sur son siège 7 par un ressort de soupape 16 en appui contre le fond 6 du logement 2 correspondant et une coupelle 47 montée sur la queue de soupape. La soupape 4 est sortie de son appui sur son siège 7 par une tige de palette 8 qui prolonge la palette 9 en matériau magnétique. La palette 9 d'actionnement de la soupape est ici montée mobile entre deux électroaimants d'ouverture 10 et de fermeture 11. Le déplacement de la palette 9 dans sa course d'actionnement de la soupape 4 s'effectue sous l'action d'un ressort de palette 12 en appui contre une paroi 13 du carter 14 et une coupelle 15 montée sur la tige de palette 8. Il est prévu entre les deux tiges 3, 8 des jeux de distribution " j ".

On notera qu'il existe des actionneurs monobobine, avec un seul électroaimant.

En référence aux figures 2 et 3, l'ensemble de soupape et de son actionneur de rappel de la première forme de réalisation de l'invention comporte, tout comme l'ensemble de l'art antérieur de la figure 1 , et les mêmes éléments y sont désignés par les mêmes références, une soupape 4, sa queue (tige) 3, son siège 7 et son ressort 16, d'une part, et une palette 9, sa tige d'actionnement 8 et son ressort

12, d'autre part, ainsi que les éléments y associés, comme ceux de l'ensemble de la figure 1 , non représentés sur les figures 2 et 3 par souci de simplicité.

Le ressort 16 est destiné à rappeler la soupape 4 en position d'ouverture. La palette 9 est disposée ici entre deux électroaimants et quand ils ne sont pas activés, la palette 9 est maintenue entre les deux par le ressort 12.

La tige de palette 8 et la tige de soupape 3 coopèrent entre elles par l'intermédiaire d'une pastille de réglage 17 en matériau à mémoire de forme (MF), ici de l'acier AMF. La pastille 17 comble le jeu entre les deux tiges 8, 3 et ce, quelle que soit la température, du fait de l'élasticité de la pastille. Ainsi, à température élevée (figure 3), la pastille 17 s'étend pour continuer de maintenir comblé, c'est-à-dire pour rattraper, le jeu agrandi entre les deux tiges 8, 3 avant qu'elle ne reprenne sa forme d'origine si la température baisse.

Plus précisément, la pastille 17 est fixée sur la queue de soupape 3, ici par soudage, et elle est montée à l'origine contrainte entre les deux tiges 8, 3. Lors de la montée en température du moteur, la distance entre les queues des deux tiges 8, 3 augmente mais le jeu est rattrapé par la pastille.

On notera encore qu'on peut choisir l'acier AMF notamment dans la famille à base de nickel-titane et dans la famille à base de cuivre, la base étant alliée à de l'aluminium, du zinc et/ou du béryllium.

Grâce à l'invention, on élimine le choc entre la tige de palette et la queue de soupape et on assure une bonne étanchéité quand la soupape 4 est en appui sur

son siège 7.

En référence à la figure 4, la butée hydraulique autonome et étanche de rattrapage de jeu 27 comporte, solidaire en déplacement de la tige de soupape 3, un cylindre 28 dans lequel est monté coulissant un piston 29 solidaire en déplacement d'un couvercle 30 lui-même solidaire en déplacement de la tige d'actionneur 8. Une poche souple 31 , de forme générale cylindrique, encapsule la butée ; cette poche est fixée de façon étanche au couvercle 30 et au fond 32 du cylindre 28.

Dans la forme de réalisation de la figure 4, le piston 29 est un piston tubulaire à paroi latérale 33 comportant une cloison transversale 34 formant, avec la partie d'extrémité 35 de la paroi latérale 33 proche du fond 32 du cylindre 28, un logement de réception d'un clapet à bille 36. Le diamètre extérieur du piston 29 est sensiblement égal (très légèrement inférieur) au diamètre intérieur du cylindre 28. La cloison transversale 34 du piston 29 est percée d'un orifice 37, ici axial, de passage d'huile.

Le clapet 36 comporte une bille 38 rappelée vers l'orifice 37 par un ressort 39 en appui contre le fond d'une cage 40 fixée sous la cloison transversale 34 (sur la figure 4).

Un ressort 41 de rattrapage de jeu prend appui contre le fond 32 du cylindre 28 et la cloison transversale 34, en entourant ici la cage 40.

Du côté tourné vers le piston 29, le couvercle 30 est pourvu d'ouïes de passage d'huile 42.

La poche 31 est ici remplie d'huile sans air.

La butée comporte ainsi une chambre basse pression 43 et une chambre haute pression 44 séparées par le clapet 36 s'ouvrant de la chambre basse pression vers la chambre haute pression.

Le fonctionnement de la butée 27 va maintenant être expliqué.

Quand la soupape est fermée, la butée 27 est dans son état libre, elle n'est pas contrainte par l'actionneur. Sous l'action du ressort 41 repoussant le piston 29, elle s'allonge au maximum pour être en butée contre les deux tiges 3, 8.

On notera que si la température du moteur s'élève et que le jeu entre les deux tiges 3, 8 s'agrandit, la butée, sous l'action du ressort 41 , rattrapera toujours le jeu.

Dans cet état libre, lorsque le piston 29 se soulève dans le cylindre 28, de l'huile passe à travers le clapet à bille 36, de la chambre basse pression 43 à la chambre haute pression 44. La butée est aussi agencée pour que du liquide passe également de la poche 31 dans la chambre basse pression 43, par les ouies 42.

Lorsque l'actionneur intervient pour déplacer la soupape dans sa position d'ouverture et que la tige d'actionneur 8 se rapproche de la tige de soupape 3, le clapet 36 bloque le passage de l'huile de la chambre haute pression 44 vers la chambre basse pression 43. La butée 27 devient rigide et l'actionneur, par sa tige 8, peut vraiment actionner la tige de soupape 3. Il y a quelques fuites d'huile 45 entre le piston 29 et le cylindre 28 qui retournent dans la poche 31. En d'autres termes, le cylindre 28 et le piston 29 sont agencés pour permettre des fuites de liquide de la chambre haute pression 44 vers la poche 31.

Grâce à cela, on assure une bonne étanchéité de la soupape sur son siège en position de fermeture.

Quand le moteur refroidit, les deux tiges 3 et 8 se rapprochent l'une de l'autre. Pour que la soupape reste sur son siège, il faut donc que la longueur de la butée diminue, par coulissement du cylindre 28 sur le piston 29. Pour qu'il en soit ainsi, il doit y avoir la fuite 45.

On notera que le couvercle 30 et le piston 29 pourraient être réalisés d'une seule pièce. Le remplissage d'huile peut s'effectuer par un orifice ménagé dans le couvercle qu'on obture ensuite par tout moyen, comme par exemple une vis.