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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2512492A1
Family ID 2974192
Probable Assignee Robert Bosch Gmbh
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF DE COMMANDE DE SOUPAPE POUR MOTEURS A COMBUSTION
INTERNE A PISTONS AVEC ORGANES DE TRANSMISSION DE MOUVEMENT
MECANO-HYDRAULIQUES
Abstract
_________________________________________________________________
A. DISPOSITIF DE COMMANDE DE SOUPAPE POUR MOTEURS A COMBUSTION INTERNE
A PISTONS AVEC ORGANES DE TRANSMISSION DE MOUVEMENT
MECANO-HYDRAULIQUES.
B. DISPOSITIF CARACTERISE EN CE QU'UNE SOUPAPE A COMMANDE ELECTRIQUE
20, 42 EST DISPOSEE DANS LA CONDUITE DE DECHARGE 15 DU FLUIDE DE
PRESSION HYDRAULIQUE 18.
C. L'INVENTION CONCERNE LES COMMANDES DE SOUPAPES DE MOTEURS A
COMBUSTION INTERNE.
Description
_________________________________________________________________
DISPOSITIF DE COMMANDE DE SOUPAPE POUR MOTEURS A
COMBUSTION INTERNE A PISTONS AVEC ORGANES DE TRANS-
MISSION DE MOUVEMENT MECANO-HYDRAULIQUES
L'invention a pour objet un dispositif de commande de soupape pour
moteurs a
combustion interne avec organe de transmission meca-
no-hydrauliquoe entre l'arbre a cames et la soupape, le fluide de
pression hydraulique de ces organes pouvant etre detendu de facon
commandee au moyen d'une conduite de decharge a obturateur pour faire
varier le temps d'ouverture de la soupape.
Dans les dispositifs de commande de soupape de ce type (DE-OS 29 26
327), il est possible d'obtenir, au moyen d'une commande de soupape
mecanohydraulique, une possibilite de variation des temps d'ouverture
de soupape pour
s'adapter a des conditions de fonctionnement diffe-
rentes du moteur a combustion interne Pour cela, le dispositif de
commande utilise comporte un tiroir rotatif entraine a partir de
l'arbre a cames, la position angulaire de ce tiroir par rapport a
l'arbre a cames pouvant varier dans certaines limites Par des moyens
hydrauliques, le tiroir rotatif provoque alors un raccourcissement du
temps d'ouverture de soupape predetermine par voie mecanique par les
cames de l'arbre a cames, si cela est avantageux pour diminuer la
consommation de carburant par reduction des pertes par etranglement ou
diminution des chevauchements de soupapes aux faibles vitesses de
rotation ou encore pour un meilleur demarrage du
moteur a combustion interne.
Un inconvenient de cette realisation est qu'on ne peut pas mettre a
profit
les avantages d'une commande electronique, par exem-
ple d'une commande a champ de caracteristiques, sans
mettre en oeuvre des moyens de transmission impor-
tants et des servo-regulateurs La precision avec laquelle on peut
obtenir la position desiree du tiroir rotatif depend de la precision
des moyens de transmission Les tolerances de fabrication provoquent
des ecarts ou erreurs de transmission
qui ne peuvent pratiquement pas etre evites.
L'actionnement variable et independant des soupapes de cylindres
differents et, le cas echeant, la coupure de certains cylindres, ne
sont pas possibles,
de la facon indiquee.
L'invention a pour but d'eviter
ces inconvenients et concerne a cet effet un dispo-
sitif du type ci-dessus caracterise en ce qu'une soupape a commande
electrique est disposee dans la
conduite de decharge du fluide de pression hydrauli-
que. Par rapport aux realisations connues, le dispositif de commande
de soupape conforme a l'invention a pour avantage qu'il permet
d'obtenir, dans l'etendue de temps de commande extremement court
determine, par voie mecanique, des temps de reponse variables pour le
raccourcissement du temps d'ouverture de soupape La depense ainsi
engagee demeure faible Elle permet egalement une mise en action
variable et independante des soupapes de cylindres differents et, le
cas echeant, une coupure
de certains cylindres.
Des dispositions indiquees dans la suite permettent d'obtenir des
modes de realisation avantageux et des perfectionnements du dispositif
de commande de soupapes conforme a l'invention. La commande
piezo-electrique
permet d'obtenirdes temps de reponse particuliere-
ment courts et la mise en oeuvre d'un seul regula-
teur piezo-electrique pour deux dispositifs de
commande de soupapes permet une simplification supple-
mentaire. L'invention sera mieux comprise
en regard de la description ci-apres et des dessins
annexes representant deux exemples de realisation de l'invention,
dessins dans lesquels: la figure 1 represente, en
coupe, un premier exemple de realisation de disposi-
tif de commande de soupape influence par voie piezo-
electrique; la figure 2 est un graphique representant les mouvements
de soupape, la course de la soupape etant reportee en ordonnee et le
temps etant reporte en abscisse sous forme de degres d'angle de
vilebrequin; la figure 3 represente, en coupe, un second exemple de
realisation avec un autre organe de manoeuvre a commande
piezo-electrique; la figure 4 estune vue schematique d'un appareil de
commande electronique 3 o fournissant egalement les impulsions de
commande
pour le dispositif de commande de soupape.
Un arbre a cames 2, muni de cames 3, est monte pour etre entraine par
un moteur a combustion interne 1 Chaque came 3 est palpee par un
piston 4 guide pour coulisser dans un cylindre de commande 5 Le piston
4 presente une cavite 6 dans laquelle est dispose un ressort de
compression helicoidal 7 Le cylindre de commande 5 presente une
couronne de butee 8 sensiblement au milieu de sa longueur Dans la
partie du cylindre de commande 5 situee a l'oppose du piston 4 et
delimitee par la couronne de butee 8 est guide un autre piston 9 Dans
son fond dirige vers le piston 4, ce piston 9 presente un evidement 10
dans lequel vient en prise l'autre extremite du ressort -de
compression helicoidal 7 Le piston 9 est relie a une soupape
d'admission 11 du moteur a combustion interne 1 Ce piston presente
egalement une cavite 12 dans laquelle vient en prise-un ressort de
compression helicoidal 13 Ce ressort de compression helicoidal
s'appuie sur le fond 14 du cylindre de
commande 5.
Comme le montre la figure 1, un conduite de decharge 15 debouche dans
le cylindre
de commande 5 au-dessus de la couronne de butee 8.
Sur cette conduite est branchee une conduite d'amenee
16 qui, par l'intermediaire d'une soupape anti-
retour 17, communique avec un volume de stockage de fluide de pression
hydraulique 18 Sur la conduite de decharge 15 est egalement branchee
une conduite de retour 19 Cette conduite peut etre fermee au moyen
d'une soupape a tiroir comportant un tiroir Le tiroir de soupape 20
guide dans la conduite de decharge 15 comporte une collerette 21
cooperant avec une partie elargie 22 de la conduite de decharge La
collerette 21 et la partie elargie 22 permettent de limiter le
deplacement longitudinal du tiroir de soupape entre sa position
d'ouverture et sa position de fermeture de la conduite de retour 19 Un
ressort de compression helicoidal 23 dispose dans un logement 24 tend
constamment a maintenir le tiroir de soupape 20 dans sa position de
fermeture de la conduite de retour 19 Le tiroir de soupape 20 est muni
d'une languette de blocage 25 traversant le volume interieur du
ressort de compression helicoidal 23 et venant en prise sur une
enclume 26 en saillie lateralement a partir de la conduite de decharge
15 Un poincon de blocage 27 est dispose en face de l'enclume 26, ce
poincon etant fixe a l'extremite libre d'une colonne 28
constituee par des disques piezo-electriques empiles.
La colonne 28 est assemblee rigidement, par son extremite situee a
l'oppose du poincon de blocage 27, avec le carter du moteur a
combustion interne 1 Une connexion 29 sert a appliquer la tension
d'alimentation aux disques piezo-electriques de la
colonne 29.
Si aucune tension n'est appli-
quee a la colonne 28, le poincon de blocage 27 applique la languette
de blocage 25 du tiroir de soupape 20 contre l'enclume 26 et bloque
ainsi le tiroir de soupape 20 dans la position representee en figure 1
qui correspond a la fermeture de la conduite de retour 19 La cavite
formee entre les deux pistons 4 et 9, dans la conduite de decharge
entre le cylindre de commande 5 et le tiroir de soupape 20, et dans la
conduite d'arrivee 16 jusqu'a la soupape anti-retour 17, est remplie
sans bulles avec le fluide de pression hydraulique 18 Le mouvement
mecanique de la came 3 qui tourne dans le sens de la fleche 30 est
directement transmis a la soupape d'admission 11 par le piston 4, le
fluide de pression hydraulique 18 et le piston 9.
Cette soupape ouvre l'orifice d'admission Le tiroir de soupape 20 ne
peut pas alors se deplacer sous l'action de la pression du fluide de
pression hydraulique 18, car il est bloque entre l'enclume 26 et le
poincon de blocage 27 Des que la tension
de commande est appliquee a la colonne 28, celle-
ci se contracte en direction longitudinale et libere ainsi le tiroir
de soupape 20 Ce tiroir de soupape ouvre la conduite de retour 19 sous
la pression du fluide de pression hydraulique 18 qui est refoule par
le piston 4 dans la conduite de retour 19 Le piston 9 revient en
position de fermeture
avec la soupape d'admission 11.
La figure 2 represente des cour-
bes du deplacement de la soupape d'admission 11 pour differentes
conditions de fonctionnement La courbe 31 represente le deroulement du
mouvement provoque uniquement par la came 3 de l'arbre a cames 2 Les
courbes 32 et 33 representent le deroulement du mou-
vement pour des temps d'ouverture de soupape raccour-
cis Comme cela a deja ete indique dans le preambule on peut ainsi, aux
faibles vitesses de rotation, reduire les chevauchements de soupapes
ou les pertes par etranglement Si le tiroir de soupape est libere des
le debut du mouvement transmis au piston 4 par la came 3, la soupape
d'admission 11 n'est pas ouverte Cela est important pour la coupure du
cylindre On peut egalement obtenir un fonctionnement economique du
moteur a combustion interne en ne remplissant completement, a charge
partielle, que la moitie des cylindres, l'autre moitie n'etant que
partiellement remplie Dans les meilleures conditions, on peut
optimiser au moyen
d'un appareil de commande electronique 34 la coope-
ration entre la commande de soupape variable et l'injection du
carburant, de preference egalement variable, ainsi que, le cas
echeant, le recyclage
2 $ 12492
des gaz d'echappement Cet appareil de commande est represente
schematiquement sur la figure 4 avec ses postes d'intervention Ses
entrees sont alimentees avec des signaux donnant des informations sur
la vitesse de rotation du moteur, la charge, la position du point mort
superieur du piston, la temperature de l'huile, de l'water et de
l'air, le type de carburant
ainsi que la pression de l'air et la pression d'ali-
mentation L'appareil traite ces informations pour obtenir des signaux
de commande qu'il envoie par
ses sorties 35 (debut et fin d'injection), 36 (com-
mande de soupape) et 37 ( recyclage des gaz
d'echappement) aux postes de commande appropries.
Dans le second exemple de realisation, un bloc de commande
piezohydraulique 38 est utilise au lieu du tiroir a soupape 20 avec
tous les composants agissant sur lui pour une commande de soupape
suivant la figure 1 Ce bloc de commande piezo-hydraulique 38 est
constitue par un
carter de tiroir 39 et un carter de manoeuvre 40.
Le carter de tiroir 39 presente un alesage 41 pour un tiroir de
soupape 42, cet alesage etant-ferme de part et d'autre du tiroir par
des bouchons filetes 43, 44 Des conduits 45, 46 pratiques a
l'interieur du carter de tiroir 39 sont respectivement relies aux
conduites de decharge 15 de deux dispositifs de commande de soupape Un
conduit 47 est en liaison avec une conduite de retour 49 Une gorge 48
tournee dans le tiroir de soupape 42 et les embouchures des conduits
45 a 47 sont disposees de maniere que, dans les deux positions
d'extremite possibles du tiroir de soupape 42, l'un des conduits 45,
46 puisse etre relie au conduit 47 Les positions d'extremite du tiroir
de soupape 42 peuvent etre reglees dans certaines limites au moyen des
tetons de butee des
bouchons filetes 43, 44.
Dans la position du tiroir de soupape 42 representee en figure 3, il y
a une liaison entre les conduits 45 et 47 Le conduit 46 est ferme.
Cela signifie que le dispositif de commande de soupape dont la
conduite de decharge 15 est reliee au conduit
n'agirait pas-, sa came 3 commencant alors a action-
ner son piston 4 Par contre, le dispositif de comman-
de de soupape dont la conduite de decharge 15 est reliee au conduit 46
est en action Son fluide de pression hydraulique 18 ne pourrait pas
s'echapper et le mouvement de son piston 4 provoque par sa came 3
serait transmis a sa soupape d'admission 11 par l'intermediaire de son
piston 9 Pour commander la position du tiroir de soupape 42 dans le
carter de tiroir 39, des chambres de pression 49, 50 situees de part
et d'autre du tiroir de soupape 42 sont reliees a des chambres de
pression 55, 56 du carter de manoeuvre 40 par des conduits 51, 52
pratiques dans le carter de tiroir 39 et des conduits 53, 54 pratiques
dans le carter de manoeuvre 40 Ces chambres de pression 55, 56 sont
situees de part et
d'autre d'un piston 57 guide dans un cylindre appro-
prie 55/56 Le piston 57 comporte une gorge tournee 58, Dans le domaine
correspondant un conduit 59 debouche, raccordant le carter de
manoeuvre 40 -au circuit d'htile de lubrification du moteur a
combustion
interne 1 Ce raccordement est assure par une condui-
te 60 Les chambres de pression 55, 56 sont reliees l'une a l'autre
ainsi qu'au raccord sous pression 59, 60 par des intervalles
d'etranglement 61, 62 Le piston 57 est monte solidairement sur un
tourillon 63 constituant l'extremite d'une colonne 64 formee
par des disques piezo-electriques empiles Le tou-
rillon 65 formant l'autre extremite de cette colonne 64 est assemble
rigidement avec le carter de manoeuvre Une connexion electrique 66
relie la colonne 64 a l'appareil de commande electronique 34 en
traversant un joint d'etancheite 67 Un couvercle 68 ferme le
cylindre 55/56.
Si aucune tension n'est appliquee a la colonne 64, le tiroir de
soupape 42 est maintenu dans la position representee en figure 3
(butee sur le bouchon filete de gauche 43) Des qu'une tension est
appliquee, la colonne 64 se dilate et deplace le piston 57 vers la
gauche en se referant a la figure 3, 'La pression s'eleve dans la
chambre de pression 55 ainsi que dans la chambre de pression 49,
tandis que la pression s'abaisse dans la chambre de pression 56 ainsi
que dans la chambre de pression 50 Pour realiser un equilibrage de
pression, le tiroir de soupape 42 se deplace vers la droite en
position de butee sur le bouchon filete 44 Il en resulte que le
conduit 45 est ferme et que le conduit 46 est ouvert.
Le bloc de commande piezo-
hydraulique represente convient donc pour commander deux dispositifs
de commande de soupapes Si la commande electrique de l'element
piezoelectrique venait a etre defaillante, le moteur a combustion
interne peut fonctionner a demi-charge (un cylindre a pleine charge et
un cylindre a charge nulle en alternance).
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Dispositif de commande de soupape pour moteurs a combustion interne
avec organe de transmission mecano-hydrauliques entre l'arbre a cames
et la soupape, le fluide de pression hydrau- lic de ces organes
pouvant etre detendu de facon commandee au moyen d'une conduite de
decharge a obturateur pour faire varier le temps d'ouverture de la
soupape, caracterise en ce qu'une soupape a commande electrique ( 20,
42) est disposee dans la conduite de decharge ( 15) du fluide de
pression
hydraulique ( 18).
2 Dispositif de commande de soupape selon la revendication 1,
caracterise en ce que la soupape a commande electrique est constituee
par une soupape a tiroir ( 20) chargee dans le sens d'ouverture par la
pression du fluide de pression hydraulique ( 18) et en ce qu'un organe
de manoeuvre electrique ( 28) ayant une composante de manoeuvre
perpendiculaire a la direction de deplacement du tiroir ( 20) est
associe a la soupape a tiroir ( 20), cet organe exercant une force de
blocage sur la soupape a tiroir ( 20) et empechant son deplacement
jusqu'au bra Achement ou a la coupure d'une tension
de service.
3 Dispositif de commande de
soupape selon l'une ou l'autre des revendications
1 et 2, caracterise en ce que l'organe de manoeuvre
electrique ( 28) est un organe piezo-electrique.
4 Dispositif de commande de
soupape selon l'une quelconque des revendications
1 a 3, caracterise en ce que l'organe de manoeuvre electrique ( 28)
est constitue par plusieurs disques
piezo-electriques empiles pour former une colonne.
5 Dispositif de commande de soupape selon la revendication 4,
caracterise en ce que l'axe de la colonne ( 28) est dispose, au moins
approximativement, perpendiculairement au sens de
deplacement du tiroir ( 20) de la soupape.
6 Dispositif de commande de soupa-
pe selon l"une quelconque des revendications 1 a 5,-
caracterise en ce que le tiroir ( 20) de la soupape
est muni d'une languette de blocage ( 25).
7 Dispositif de commande de
soupape selon l'une quelconque des revendications
1 a -, caracterise en ce que l'organe de manoeuvre electrique ( 28)
applique le tiroir ( 20) de la soupape, de preference la languette de
blocage ( 25) de ce tiroir, contre une butee ( 26) solidaire du
carter, le tiroir
etant ainsi maintenu fixe par une force.
8 Dispositif de commande de
soupape selon l'une quelconque des revendications
1 a 7, caracterise en ce que l'organe de manoeuvre electrique ( 28)
comporte un poincon de blocage ( 27), le carter ( 1) de la soupape
comportant une enclume
( 26).
9 Dispositif de commande de soupape selon la revendication 1,
caracterise en ce que la soupape a commande electrique est une soupape
a tiroir dont le tiroir ( 42) peut etre commande au moyen d'un bloc de
commande piezoelectrique ( 38) en position d'ouverture et en position
de fermeture
de la conduite de decharge ( 15).
Dispositif de commande de soupape selon la revendication 9,
caracterise en ce que
le tiroir de soupapes( 4) est dispose, au moins approxima-
tivement perpendiculairement a la conduite de decharge ( 5).
11 Dispositif de commande de soupape
selon l'une des revendications 9 et 10, caracterise en ce
que le tiroir de soupape ( 42) agit sur les conduites de
decharge ( 15) de deux dispositifs de commande de soupape.
12 Dispositif de commande de
soupape selon l'une quelconque des revendications 9
A 11, caracterise en ce que le bloc de commande piezo-electrique est
un bloc de commande piezo- hydraulique ( 38) qui comprend un organe de
manoeuvre ( 64) a action piezo-electrique, un piston ( 57) assemble
avec cet organe de manoeuvre ( 6-4), dispose dans une chambre ( 55/56)
remplie de liquide et separant cette chambre ( 55/56) en deux chambres
de pression ( 55/56), ainsi qu'un tiroir de soupape ( 42) dispose dans
un alesage ( 41), le tiroir ( 42) ayant une section bien plus faible
que le piston ( 57) assemble avec l'organe de manoeuvre ( 64) et
divisant l'alesage ( 41) en deux chambres de pression ( 49, 50)
reliees aux chambres de pression ( 55/56) voisines du piston ( 57), ce
tiroir ( 42) presentant, dans sa partie mediane, une gorge tournee (
48) qui, dans au moins l'une de ses positions possibles, ferme au
moins l'une des conduites de decharge ( 15;, 46) et qui, dans au moins
une autre position, est eloigne du domaine de cette conduite de
decharge ( 15; 45, 46), de sorte que le tiroir ( 42) laisse
cette conduite ( 15; 45, 46) ouverte.
13 Dispositif de commande de soupape selon la revendication 12,
caracterise en ce que chaque conduite pouvant etre fermee ou degagee
par le tiroir de soupape ( 42) constitue la
conduite de decharge du fluide de pression hydrauli-
que ( 18) des organes de transmission de mouvement mecano-hydrauliques
( 4, 9, 18) disposes entre l'arbre
a cames ( 2) et la soupape ( 11).
14 Dispositif de commande de
soupape selon l'une ou l'autre des revendications
:5 12 et 13, caracterise en ce que l'alesage ( 41) du tiroir de
soupape ( 42) est ferme de part et d'autre du tiroir ( 42) par des
butees mecaniques reglables
( 43, 44) destinees au tiroir ( 42).
Dispositif de commande de
soupape selon l'une quelconque des revendications
12 A 14; caracterise en ce que les chambres de pression ( 55, 56)
situees de part et d'autre du
piston ( 57) sont reliees, par l'intermediaire d'inter-
valles d'etranglement ( 61, 62), au raccord de pres-
sion ( 59, 60) du liquide hydraulique du bloc decom-
mande piezo-hydraulique ( 38) ainsi qu'entre elles.
16 Dispositif de commande de
soupape selon l'une quelconque des revendications
12 A 15, caracterise en ce que le raccord de pression ( 59, 60) est un
raccord relie au circuit d'huile
de lubrification du moteur a combustion interne ( 1).
17 Dispositif de commande de
soupape selon l'une quelconque des revendications 12
A 16, Caracterise en ce que le rapport de transmission hydraulique
entre la section du piston et la section du tiroir de soupape est plus
grand que le rapport entre la course du tiroir et la course prelevee
sur
l'organe de manoeuvre ( 64) agissant par voie piezo-
electrique. 18 Dispositif de commande de
soupape selon l'une quelconque des revendications
12 A 17, caracterise en ce que le coefficient de dilatation thermique
lineaire du piston ( 57) est plus grand que celui du carter de
manoeuvre ( 40)
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