EP1357266A1 - Mécanisme de distribution à levée, angle d'ouverture, calage et nombre de soupapes variables et moteur a combustion interne disposant de ce mécanisme - Google Patents
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- F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
- F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
- F01L13/0021—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio
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- F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers
- F01L2305/02—Mounting of rollers
Definitions
- the invention relates to mechanisms which allow the mechanical lifting of the valves. supply and discharge of gases from an internal combustion engine through a cylinder head types usually in use.
- the invention is in the form of a mechanical control system of at least a valve under the action of a rotary cam, for example, which may include a variation of lifting by means of a FIAT type oscillating cam with variable stroke or with the help of a rocker, of the type of patent 81 24559 FIG. 1, authorizing a displacement of the position of one of its presses on a curved face thanks to a control mechanism which can include an arm articulated of the type of the abstract of patent WO 83/04070 and an intermediate thrust piece on the valves.
- the mechanism of the proposed system integrates remarkably with a latch or a rocker arm, respecting its size and its usual function, that of a "lever” with three action points, an entry for movement 48, an exit 49 (geometric points) and the support of rotation 2 of the part which allows the transformation of the movement.
- This "lever” thanks to its integrated mechanism catches up with construction play but also positioning, thanks to its variable geometry extended by a spring 24 which allows permanently ensuring the support of the movement entry point, for example on a cam, and the outlet support on at least one valve or on an intermediate mechanism.
- the internal mechanism can ensure, on a constant input thrust, the transformation of the movement or zero push, as needed, followed very gradually from a strongly increasing push up to the value of the entry movement by an internal blocking of the mechanism that allows to drive the entire "lever".
- the position given to the "lever” in relation to its supports thanks to a mechanism 50 on which it is articulated in 2 and at its command with three or four degrees of freedom which constitutes a robotic arm it becomes possible to act on several parameters and to open selectively one or two inlet valves via a connecting piece specific 21 mounted on the tail of the two valves.
- a spring 24 ensures the extension of this kind of parallelogram more precisely composed of two rockers articulated one on the other with an input thrust which spreads them out gradually as a corner would do, more and more sharply.
- the spring 24, used in the proposed system is used "only" for the extension of the mechanism to ensure the link contact of the intermediate transmission member between the input 48 and the exit 49 of the movement. It is not requested to ensure the transmission of the movement itself input, through a kinematics which increases by overdrive its stiffness at infinity.
- the spring of the proposed mechanism deforms under the thrust of the input movement, through part 1 and 3, with a force equal to that necessary to contain the forces of inertia of the parts so as not to pass into ballistic phase. Its stiffness could be very low, at low speed, although the mechanism of its compression is not "distinctly” variable. Its role as an “expander” to ensure the contact link between room 1 at the entrance and room 5 at movement output is quite comparable to that provided by the spring of a pusher hydraulic.
- the management of the transmission link being, in an identical manner, ensured by another mechanism, here by blocking the tilting cam 10 on the roller 8.
- the "lost" stroke ⁇ on profile 11 is delimited and very precise. It is not modified by inertias which overload the transmission spring of the cited patent by creating variable transmission races and not controllable as well as disparities, from one cylinder to another, in food.
- FIG. 16 shows the particularities of the links which have just been described.
- This room 21 is articulated, in an original strategy, on the tail of a valve. It works like a latch described in the recently cited patent but distinctly performs two functions, that of maneuvering a single valve or that to drive two valves, by moving the entry support point of the movement on the curved plane. Blocking of the part 21 by stops 23, distinctly lateralized, is very specific to the exercise of this double maneuver. Moving the point control support is not intentionally used to modify the amplitude of the lift of the valves, it is however responsible for this undesirable effect which is corrected by the mechanism intermediary constituting the main invention. Too much valve lift would cause a collision with the piston.
- the general configuration of the proposed system naturally calls for positioning indifferently the cam profile 11 on the arm 1 in place of the roller 8 Fig. 12, 13 and 22.
- the roller 9 assembled on the same axis 27 is used to support the rotating cam 18.
- the links 3 and 1 can have a specific axis, close to axis 2 of tilting of the "lever", by being articulated directly to each other.
- the "lever" 15 in are together, similar to the previous proposition with a lost stroke to a position where the input movement is is gradually transformed, first of all greatly increased, it is of strong value increasing at the level of the support roller 26 until exceeding the amplitude of the input movement which automatically brings it back to a point of equilibrium which does not necessarily pass through a neutral point obtained by aligning three axes.
- a complementary system acts, under the action of the "lever” in the role of a latch or of a rocker arm or under the pressure of a cam, on a valve or simultaneously on the of them. Consisting of a mechanism similar to a kind of "bridge", it allows the coupling of tails of the intake valves on supports with curved planes fitted at their ends for the quality of the contact surfaces provided to the connecting piece 21.
- This connection is maintained by transverse axes 31 with, at one of its ends, a stop 23 below the geometric axis 22 the tail of one of the valves 17 which allows, for example, a displacement of the latch 15 around a rotating thrust cam, in order to move the fulcrum 49 either towards the connection blocked by the stop, either towards the other valve which causes it, alone, to disappear with the connecting piece, under the thrust, like the pan of an unbalanced balance.
- the axis 22 is then used for pivoting. AT conversely the opposite imbalance causes the two valves, the connecting piece can not turn.
- the support mechanism of the "lever” makes it possible to position it along three axes X, Y and Z with a rotation on one of them thanks to an operating shaft, parallel to the camshaft, which includes a mechanism 50 with a body 34 which slides, its surface comprising a helical groove and a second longitudinal grooving 47 which prevents it from turning in the part 37 inside the holes of guide 46 by the positioning lug 42.
- a clearance 43 is arranged in the body of the hollow shaft 32 in order to be able to screw the part 35 by its grooving 44 on the body of the part 34.
- This part then meshes with the shaft 33 which includes a helical grooving with a large helix angle which allows, by its only rotation inside the shaft 32, to move in translation of the latch support arm 15.
- the rotation of the motorized shafts A1 and A2 makes it possible to give the latter three degrees of freedom thanks to the worm gear 41 on sector 38 and also thanks to the gear between pinions 36 and 40.
- a fourth degree of freedom can be obtained thanks to the shaft A5 and gears constituted by the gear 39 which while rolling on the sector toothed 52 brings the shaft 32 in slight longitudinal translation.
- Figure 1 shows a latch 15 with all the elements that make up its kinematics including a cam with alternative function.
- FIG. 2 represents a latch 15 with the elements of the kinematics which distinguishes it from Figure 1.
- FIG. 3 represents the stroke obtained on a continuous rotation of a rotating cam without through a pawl in a partial developed and in a Cartesian coordinate system ⁇ O y.
- FIG. 4 represents the stroke obtained by the system integrated into the latch on a thrust constant represented on the abscissa in a reference ⁇ ⁇ Y.
- FIG. 5 represents, inside the two reference points ⁇ O y and ⁇ ⁇ Y therefore with the addition of the two abscissae with always vectors of two origins, the evolution of the curve of the movement exit stroke by positioning Y1 at the height of Y2 on the ordinate.
- the coordinates of the points in the references ⁇ ⁇ Y are found in a deformed grid with a vector WY like the curve on which it is added, here CB (Y) ⁇ O B .
- Figures 6 and 7 show a variable geometry latch with backlash automatic by the extension of the two geometrical points of connection and the point 2 of rotation on the frame.
- a large support 6 en16 can be provided for the valve or intermediate moving parts 19 on an axis 20 for example.
- the pawl always ensures permanent contact between the cam rotary valve 18 and the valve 17 to be operated whatever the position of its axis on a defined area 29.
- Figure 8 shows a kind of bridge between two intake valves per piece articulated around the axis 22 with a stop 23 allowing its rotation towards only one of the two valves.
- FIG. 9 represents a polar diagram of the opening of intake valves with the lifting, stalling and angle variations for a variable displacement motor with the particularity of varying the position of its top and bottom dead center (P.M.H. and P.M..B.) between the small and large displacement.
- P.M.H. and P.M..B. top and bottom dead center
- Figures 10 and 11 show for the same movement of the axis 2 of rotation of the latch a variation of the setting “ ⁇ ” or a variation of the lift depending on the relative position of the rotating cam.
- Figures 12, 13 and 14 show in perspective two latches and a rocker with proposal for construction and kinematics. We can observe the position of the springs by support on a pin 27, the special shape of the support 6 at 26, and the roller 9 on the axis 7.
- FIG. 15 represents a cylinder head 28 in section in a configuration integrating rockers 25 with variable geometry.
- the displacement 30 is sufficient for this last maneuver.
- each valve is represented with an individual rocker arm.
- a part 53 mounted on the valve stems removes disparities between cylinders due to assembly and manufacturing.
- On the left is represented, of face, the “bridge” of assembly of the two valves which allows to use a single rocker arm translation on its control axis to lift one or two valves.
- Figures 16 and 17 show a cylinder head in section and its valves in plan with one of the two latches with variable geometry in context and the controls that operate them.
- shafts 32 and 36 respectively carry a latch for admission and a latch for exhaust by combustion chamber.
- Each latch controls two valves in one arrangement used at AUDI or OPEL by the superimposition of the gas conduits.
- FIG. 18 represents in section all the motorized controls which act by the bias of the two control shafts each comprising a coaxial shaft. Their arrangement takes up the general configuration of the previous cut. Fan arrangement of M1, M2, M3 motors and M4 is proposed with their shaft A1, A2, A3 and A4 which rotate the gears.
- FIG. 19 shows in plan the arrangement la of the commands of FIGS. 16 and 18.
- Figure 20 shows the complex control mechanism that can provide the latch four degrees of freedom, which allows to extract two parameters by rotation of the coaxial trees and a third by their axial translation, this by each of the controls.
- Figure 21 is an exploded view of part of the control mechanism.
- Figure 22 is a representation of a pawl similar to that of Figure 12 without the ramp 10 with lost travel thanks to a blocking stop 45 which allows the alignment of the roller on the cam 11.
- the control shaft 32 with a simple eccentric, opposes its simple solution to that previously proposed complex. With this choice the variation of the three main parameters becomes concomitant.
- this latch and this rocker can take place on the current engines and on the engines of the future with highly variable volumetric ratio which leaves little space when the valves open. They can advantageously dispense with pushers hydraulic intermediate or mechanical clearance adjustment system while reducing considerably the useful dimensions compared to the first systems with multiple variations already offered.
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Abstract
Description
- d'assurer une parfaite combustion pour réduire la consommation et la pollution, ce qui est parfois en contradiction. Ce problème dépend, pour uniquement ce qui concerne le sujet d'intervention, de la gestion des turbulences internes par le nombre d'ouvertures de passage des gaz, leur orientation, l'importance de la section des passages et de leur position dans la chambre, mais aussi du moment et de la durée.
- d'assurer un parfait remplissage ceci à tous les régimes et dés un léger enfoncement de la pédale, si on privilégie l'agrément et la puissance. La gestion de la pression à l'intérieur des pipes d'admission et d'échappement par rapport à celle de la chambre est essentiellement liée à l'instant d'ouverture et de fermeture des soupapes le mieux approprié, c'est un des moyens le plus efficace par lequel la distribution variable peut agir.
- d'assurer des retours de gaz brûlés « de gaz neutres » toujours par l'instant d'ouverture et de fermeture ou encore de permettre la montée de température de l'échappement en jouant sur l'avance à l'ouverture des soupapes d'échappement et sur le calage de l'allumage.
Des choix nouveaux de gestion apparaissent avec les récents systèmes « Valvetronic » ou « Camless » à levée , angle et calage variables. Des exigences nouvelles se dessinent avec des études récentes de moteurs à cylindrée variable. Avec une variabilité allant de trois à quatre pour le modèle de « PSA » ou de « Mayflower » ou encore de trois à dix pour une proposition de l'auteur de cette étude, nous trouvons pour ces nouvelles cinématiques des déplacements des points morts hauts et bas. Ces besoins spécifiques n'offrent cependant pas plus d'exigences que celles des moteurs actuels pour la solution proposée.
En se référant au passé des constructeurs sur ce sujet nous trouvons une étude remarquable présentée dans un mémoire au congrès de la FISITA en 72 par Monsieur TORAZZA ingénieur chez FIAT. Nous remarquons déjà les systèmes à cames oscillantes et à levée de soupape variable, mais aussi des calages variables dont certains par le biais d'un linguet mobile autour de l'axe de la came rotative de poussée. Nous trouvons un brevet de la G.M. avec un axe de basculement mobile sur un culbuteur pour agir sur la hauteur de la levée. Une solution proche se retrouve dans le brevet 81 24559. Dans un brevet plus récent PCT / US 05 83/00744, nous découvrons un autre moyen de faire varier la hauteur de la levée avec un linguet ayant un profil spécifique et manoeuvré par un bras articulé au bâti pour le déplacer entre la came et une pièce en appui sur la soupape. Nous retrouvons cette disposition dans le brevet 84 13939 avec un bras de manoeuvre sur un axe parallèle à la came tournante. Des systèmes très différents apparaissent dans les brevets 99 09810 et 11 et WO 90/03497 avec une came d'appui fixe mais réglable sur laquelle s'appuie une pièce flottante entre une came tournante et un culbuteur.
Claims (5)
- Système mécanique de commande d'au moins une soupape sous l'action d'une came rotative, par exemple, pouvant comprendre une variation de la levée par l'intermédiaire d'une came oscillante à course variable ou avec l'aide d'un basculeur autorisant un déplacement de la position d'un de ses appuis sur une face cintrée grâce à un mécanisme de commande pouvant comprendre un bras articulé et une pièce intermédiaire de poussée sur les soupapes l'ensemble comprenant un ressort de mise en extension du mécanisme entre l'entrée et la sortie du mouvement dans une fonction similaire à celui d'un poussoir hydraulique, caractérisé par le fait que le mécanisme du système proposé s'intègre remarquablement à un linguet ou à un culbuteur, respectant son dimensionnement et sa fonction habituelle soit celle d'un « levier » avec trois points d'action, une entrée du mouvement 48, une sortie 49 et l'appui de rotation 2 de la pièce qui permet la transformation du mouvement, le concept est remarquable par le fait que ce « levier » grâce à son mécanisme intégré rattrape les jeux de construction mais aussi de positionnement, ceci grâce à sa géométrie variable distinctive mise en extension par un ressort 24 qui permet d'assurer en permanence l'appui du point d'entrée du mouvement, mais pas sa transmission, sur une came par exemple, et l'appui de sortie sur au moins une soupape ou sur un mécanisme intermédiaire, ainsi avantageusement, le mécanisme interne peut assurer, sur une poussée d'entrée constante, la transformation du mouvement soit une poussée nulle, selon les besoins, suivi très progressivement d'une poussée fortement croissante jusqu'à la valeur du mouvement d'entrée par'un blocage interne du mécanisme qui permet d'entraíner l'ensemble du « levier », de même, par des aménagements accessoires et facultatifs, la position donnée au « levier » par rapport à ses appuis grâce à un mécanisme 50 sur lequel il s'articule en 2 et à sa commande à trois ou quatre degrés de liberté qui constitue un bras robotisé, il devient possible d'agir sur plusieurs paramètres et d'ouvrir sélectivement une ou deux soupapes d'admission par l'intermédiaire d'une pièce de liaison spécifique 21 montée sur la queue des deux soupapes.
- Système selon la revendication 1, caractérisé par ses particularités constructives qui permettent avec sur une poussée de valeur constante sur le point d'entrée de mouvement 48 par une articulation du bras 1 sur l'axe 2, d'obtenir le déplacement d'un galet, angles δ et ρ, sur le profil 11 de roulement d'une came qui fait basculer la pièce 5 autour de l'axe 4 situé à l'extrémité du bras 3, lui même articulé sur l'axe 2 du linguet 15, ainsi le dessin du profil 11 de la came de roulement peut amener le déplacement du galet 8 à une valeur ∞ , c'est l'arc-boutement, il doit se faire de préférence très rapidement au moment où les valeurs d'entrée de mouvement sur le point 48 sont sensiblement égales à celles de sortie, l'équilibre se faisant sinon de lui même quand les deux mouvements sont en raison directe, sur ce mécanisme, un ressort 24 assure l'extension de cette sorte de parallélogramme composé plus précisément de deux basculeurs articulés l'un sur l'autre avec une poussée d'entrée qui les écarte progressivement comme le ferait un coin, de plus en plus vivement.
- Système selon la revendication 1 caractérisé par un mécanisme interne au « levier » qui transforme une poussée de valeur constante sur le point d'entrée 48 du mouvement par l'articulation du bras 1 sur l'axe 2 avec un montage en boucle des pièces 1 - 3 - 51 et 14 dans un système de type quatre barres avec pour axe les points géométriques 2 - 12 - 13 et 4, le bras 1 est de préférence plus long que le bras 3 et tous les deux sont écartés par un ressort 24, l'ouverture de cette sorte de compas est limitée par les deux biellettes 51 et 14 qui sont de dimension nettement inférieure, la biellette 14 pouvant être un simple excentrique, avec sur la biellette 51 un prolongement 5 permettant d'augmenter l'ampleur du basculement de sa liaison, ainsi se retrouve dans cette disposition le « levier » 15, dans sont ensemble, semblable à la proposition précédente avec une course perdue jusqu'à une position où le mouvement d'entrée se trouve progressivement transformé, d'abord très fortement démultiplié, il est de valeur fortement croissante au niveau du galet d'appui 26 jusqu'à dépasser l'amplitude du mouvement d'entrée ce qui le ramène automatiquement à un point d'équilibre qui ne passe pas nécessairement par un point mort obtenu par l'alignement de trois axes.
- Système selon la revendication 1 caractérisé par un mécanisme similaire à une sorte de « bridge », il permet l'accouplement des queues des soupapes d'admission sur des appuis à plans courbes emmanchés à leur extrémité pour la qualité des surfaces de contact assurées à la pièce de liaison 21, cette liaison est maintenue par des axes transversaux 31 avec, à une de ses extrémités, une butée 23 en dessous de l'axe géométrique 22 de la queue d'une des soupapes 17 qui permet, par exemple, un déplacement du linguet 15 autour d'une came tournante de poussée, afin de déplacer le point d'appui 49 soit vers la liaison bloquée par la butée, soit vers l'autre soupape qui l'amène, seule, à s'effacer avec la pièce de liaison, sous la poussée, comme le plateau d'une balance déséquilibrée, l'axe 22 sert alors au pivotement, à l'inverse le déséquilibre opposé entraíne les deux soupapes, la pièce de liaison ne pouvant pas tourner.
- Système selon la revendication 1, caractérisé par le mécanisme support du « levier» qui permet de le positionner selon trois axes X, Y et Z avec une rotation sur l'un d'eux grâce à un arbre de manoeuvre, parallèle à l'arbre à cames, qui comprend un mécanisme 50 avec un corps 34 qui coulisse, sa surface comprenant un rainurage hélicoïdal et un second rainurage longitudinal 47 qui l'empêche de tourner dans la pièce 37 à l'intérieur des trous de guidage 46 par l'ergot de positionnement 42, ainsi nécessairement, un dégagement 43 est aménagé dans le corps de l'arbre creux 32 afin de pouvoir visser la pièce 35 par son rainurage 44 sur le corps de la pièce 34, cette pièce vient alors s'engrener sur l'arbre 33 qui comprend un rainurage hélicoïdal à fort angle d'hélice qui permet, par sa seule rotation à l'intérieur de l'arbre 32, de faire déplacer en translation le bras support du linguet 15, pour cela, la rotation des arbres motorisés A1 et A2 permet de donner à ce dernier trois degrés de liberté grâce à l'engrenage à vis 41 sur le secteur 38 et grâce aussi à l'engrenage entre les pignons 36 et 40. Avantageusement, un quatrième degrés de liberté peut être obtenu grâce à l'arbre de commande A5 et des engrenages constitués par la roue dentée 39 qui en roulant sur le secteur denté 52 amène l'arbre 32 en légère translation longitudinale.
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