FR2655375A1 - Timing device for naturally-aspirated four-stroke engines - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un dispositif de distribution pour les moteurs atmosphériques à quatre temps. The present invention relates to a distribution device for atmospheric four-stroke engines.
Il est actuellement connu d'utiliser différents dispositifs de distribution pour les moteurs atmosphériques quatre temps. Tous ces dispositifs sont à calage fixe, c'est à dire que les cycles et les périodes d'ouverture des soupapes restent identiques quel que soit le régime du moteur. It is currently known to use different distribution devices for atmospheric four-stroke engines. All these devices are fixed timing, that is to say that the valve opening cycles and periods remain identical regardless of the engine speed.
Or, compte tenu du temps de réaction des gaz aux dépressions et aux compressions auxquelles ils sont soumis, ces dispositifs n'ont un rendement optimal que pour une plage de régime moteur relativement faible. De tels régimes moteurs ne permettent qu'un remplissage partiel des chambres de combustion et qu'une évacuation très lente des gaz brûlés. However, given the reaction time of the gases to the depressions and to the compressions to which they are subjected, these devices have an optimal efficiency only for a relatively low engine speed range. Such engine speeds allow only partial filling of the combustion chambers and only very slow evacuation of the burnt gases.
Afin de remédier à ces inconvénients, il est fréquent d'avoir recours à des dispositifs qui permettent de faire varier la durée d'ouverture des soupapes grâce à l'interposition, entre la came et la soupape, d'une pièce fixe, à face lisse de section généralement trapézoïdale. In order to remedy these drawbacks, it is frequent to have recourse to devices which make it possible to vary the duration of opening of the valves thanks to the interposition, between the cam and the valve, of a fixed part, facing smooth, generally trapezoidal in cross-section.
Le déplacement de cette pièce, permet de cette façon à la came d'actionner, plus ou moins longuement et/ou à une périodicité pré-établie, la soupape. The movement of this part, in this way allows the cam to actuate, more or less at length and / or at a predetermined periodicity, the valve.
Toutefois, de tels dispositifs ne permettent à la soupape de passer à son ouverture maximale que lorsque l'on régule ces dispositifs de manière à pouvoir commander la durée d'ouverture maximale de cette soupape. However, such devices allow the valve to pass to its maximum opening only when these devices are regulated so as to be able to control the maximum opening time of this valve.
De plus, dans ces dispositifs, la durée et le moment d'ouverture des soupapes sont dépendants l'un de l'autre, ce qui nécessite que le cycle de distribution soit réglé préalablement en fonction de l'usage du moteur, c'est à dire en vue d'obtenir une puissance maximale à bas, moyen, ou haut régime de ce moteur. In addition, in these devices, the duration and the opening time of the valves are dependent on each other, which requires that the dispensing cycle be adjusted beforehand according to the use of the engine, this is to say in order to obtain maximum power at low, medium, or high speed of this engine.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un dispositif de distribution pour les moteurs atmosphériques quatre temps qui permette de commander l'ouverture des soupapes, quels que soient le moment et la durée de leur ouverture qui ont été préalablement choisis. Ce dispositif est de plus simple à réaliser, facile à mettre en oeuvre et d'un entretien commode. The present invention aims to remedy these drawbacks by providing a distribution device for four-stroke atmospheric engines which makes it possible to control the opening of the valves, whatever the time and duration of their opening which have been previously chosen. This device is more simple to make, easy to implement and convenient maintenance.
A cet effet, ce dispositif de distribution pour les moteurs atmosphériques à quatre temps comprend au moins une soupape qui comporte deux arbres à cames rotatifs l'un étant destiné à permettre l'ouverture de la soupape, et l'autre étant destiné à permettre la fermeture de la soupape, chacune de ces cames étant reliée à un arbre à cames. Des moyens de variation de la tension des moyens d'entraînement de ces arbres à cames sont prévus de manière à permettre l'ajustement du moment d'ouverture de la soupape, ces moyens de variation de la tension étant réglés et adaptés par des moyens de commande. To this end, this distribution device for atmospheric four-stroke engines comprises at least one valve which comprises two rotary camshafts one being intended to allow the opening of the valve, and the other being intended to allow the closing the valve, each of these cams being connected to a camshaft. Means for varying the tension of the means for driving these camshafts are provided so as to allow adjustment of the opening time of the valve, these means for varying the tension being adjusted and adapted by means of ordered.
Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, ce dispositif de distribution pour les moteurs atmosphériques à quatre temps comporte un poussoir constitué par une cage, solidaire de la tige de la soupape, dont deux faces sont parallèles à la tige de la soupape et deux faces perpendiculaires à ces faces parallèles, cette cage comprenant l'une des cames rotatives qui prend appui contre la paroi interne de la face solidaire de la tige de la soupape, l'autre came prenant appui contre la paroi externe de la face en regard de celle solidaire de la tige de la soupape. According to a preferred embodiment of the invention, this distribution device for four-stroke atmospheric engines comprises a pusher constituted by a cage, integral with the valve stem, two faces of which are parallel to the valve stem and two faces perpendicular to these parallel faces, this cage comprising one of the rotary cams which bears against the internal wall of the face integral with the valve stem, the other cam bearing against the external wall of the opposite face from that secured to the valve stem.
Cette cage autorise l'utilisation des deux cames rotatives de manière à permettre l'ouverture et la fermeture de la soupape. This cage allows the use of two rotary cams so as to allow the opening and closing of the valve.
Ce dispositif permet d'obtenir un rendement maximal du moteur, quels que soient la durée et le moment d'ouverture de la soupape préalablement choisis. This device makes it possible to obtain maximum efficiency from the engine, whatever the duration and the time of opening of the valve previously chosen.
Selon une caractéristique de l'invention, chaque arbre à cames est solidaire d'une roue cannelée sur laquelle s'enroule une courroie de transmission, cette courroie étant elle-même enroulée sur une autre roue cannelée solidaire du vilbrequin. According to a characteristic of the invention, each camshaft is secured to a grooved wheel on which a transmission belt is wound, this belt being itself wound on another grooved wheel secured to the crankshaft.
Cette courroie permet un entraînement des arbres à cames de manière à autoriser un mouvement synchronisé des deux cames rotatives. This belt allows the camshafts to be driven so as to allow synchronized movement of the two rotary cams.
L'un de ces arbres à cames permet à la came rotative qui lui est solidaire de commander l'ouverture de la soupape tandis que l'autre arbre à cames permet à l'autre came rotative qui lui est solidaire de commander la fermeture de la soupape.One of these camshafts allows the rotary cam which is integral with it to control the opening of the valve while the other camshaft allows the other rotary cam which is integral with it to control the closing of the valve.
Avantageusement, les moyens de variation de la tension de la courroie sont constitués par une première roue cannelée de réglage sur laquelle s'enroule la courroie, disposée entre les deux roues cannelées solidaires des arbres à cames cette roue cannelée de réglage étant fixée à une tige déplaçable en translation sur une crémaillère de manière à pouvoir positionner celle-ci de façon à obtenir une tension adaptée de la courroie d'entraînement. Advantageously, the means for varying the tension of the belt are constituted by a first grooved adjusting wheel on which the belt is wound, disposed between the two grooved wheels integral with the camshafts, this adjusting grooved wheel being fixed to a rod. displaceable in translation on a rack so as to be able to position the latter so as to obtain a suitable tension of the drive belt.
Le déplacement de cette roue cannelée de réglage a pour conséquence de faire varier la tension de la courroie d'entraînement. Cette variation entraîne de cette façon un déphasage angulaire entre les arbres à cames et permet, en ajustant le retard de l'un de ces arbres par rapport à l'autre, de faire varier la durée d'ouverture de la soupape. The displacement of this grooved adjusting wheel has the effect of varying the tension of the drive belt. This variation thus causes an angular phase shift between the camshafts and allows, by adjusting the delay of one of these shafts relative to the other, to vary the duration of opening of the valve.
Selon une autre forme simple de réalisation de l'invention, une seconde roue cannelée de réglage sur laquelle s'enroule la courroie est disposée sous la roue cannelée de l'arbre à cames de fermeture, cette roue cannelée de réglage étant fixée à une tige déplaçable en translation sur une crémaillère de manière à pouvoir positionner celle-ci de façon à obtenir une tension adaptée de la courroie d'entraînement. According to another simple embodiment of the invention, a second grooved adjusting wheel on which the belt is wound up is arranged under the grooved wheel of the closing camshaft, this grooved adjusting wheel being fixed to a rod. displaceable in translation on a rack so as to be able to position the latter so as to obtain a suitable tension of the drive belt.
Le déplacement de cette seconde roue cannelée de réglage a pour conséquence de faire varier la tension de la courroie d'entraînement. Cette variation entraîne de cette manière un déphasage angulaire entre les arbres à cames, et permet d'ajuster et de choisir le moment d'ouverture de la soupape par rapport au point mort haut du piston dans le domaine de fonctionnement du moteur. The displacement of this second grooved adjusting wheel results in varying the tension of the drive belt. This variation thus causes an angular phase shift between the camshafts, and makes it possible to adjust and choose the opening time of the valve relative to the top dead center of the piston in the engine operating range.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le déplacement des moyens de tension de la courroie est régulé par un dispositif de commande électromécanique. According to another characteristic of the invention, the movement of the belt tensioning means is regulated by an electromechanical control device.
Grâce à ce dispositif de commande électromécanique qui aura mémorisé un certain nombre de positions différentes des moyens de tension, il est possible d'adapter la puissance maximale par simple sélection en fonction du régime du moteur. Thanks to this electromechanical control device which will have memorized a certain number of different positions of the tensioning means, it is possible to adapt the maximum power by simple selection as a function of the engine speed.
Cela permet d'augmenter les possibilités d'utilisation maximale d'un moteur en lui assurant pour chacun de ses régimes différents une puissance qui lui sera propre. This increases the possibilities of maximum use of an engine by ensuring that it has its own power for each of its different speeds.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, une chaîne engrène avec des roues dentées de manière à assurer l'entraînement des arbres à cames. According to another embodiment of the invention, a chain meshes with toothed wheels so as to ensure the drive of the camshafts.
Avantageusement, les arbres à cames sont conformés de manière à être coaxiaux, l'un de ces arbres étant un tube vide cylindrique dans lequel l'autre arbre du type cylindrique est monté coulissant. Advantageously, the camshafts are shaped so as to be coaxial, one of these shafts being an empty cylindrical tube in which the other shaft of the cylindrical type is slidably mounted.
Selon une autre caractéristique intéressante de cette forme de réalisation de l'invention, un ténon permet de fixer chaque came à chaque arbre à cames correspondant. According to another advantageous characteristic of this embodiment of the invention, a pin makes it possible to fix each cam to each corresponding camshaft.
Avantageusement, un trou est ménagé dans l'arbre à cames de fermeture, perpendiculairement à son axe, de manière à permettre le passage du ténon correspondant et le déplacement relatif de l'arbre à cames d'ouverture par rapport à cet arbre à cames de fermeture. Advantageously, a hole is made in the closing camshaft, perpendicular to its axis, so as to allow the passage of the corresponding pin and the relative movement of the opening camshaft relative to this camshaft of closing.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens de réglage de la tension sont directement obtenus par le système hydraulique du moteur. According to another embodiment of the invention, the means for adjusting the tension are directly obtained by the hydraulic system of the engine.
Ce type de réglage favorise une bonne adaptation de la tension de la courroie, de manière à obtenir, d'une part une variation optimale de la durée d'ouverture de la soupape, et d'autre part un choix adapté du moment d'ouverture des soupapes par rapport au point mort haut. This type of adjustment favors a good adaptation of the belt tension, so as to obtain, on the one hand an optimal variation in the duration of opening of the valve, and on the other hand a suitable choice of the opening time. valves from top dead center.
De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemple non limitatif, deux formes de réalisation du dispositif de distribution pour un moteur atmosphérique à quatre temps selon l'invention. In any case, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing, representing by way of nonlimiting example, two embodiments of the distribution device for an atmospheric engine with four time according to the invention.
Figure 1 est une vue du dispositif de distribution pour un moteur atmosphérique quatre temps. Figure 1 is a view of the distribution device for a four-stroke naturally aspirated engine.
Figure 2 est une vue d'une soupape actionnée par deux arbres à cames. Figure 2 is a view of a valve actuated by two camshafts.
Figure 3 est une vue d'une variante de réalisation du dispositif dans lequel les arbres à cames sont coaxiaux. Figure 3 is a view of an alternative embodiment of the device in which the camshafts are coaxial.
La figure 2 représente une vue du dispositif de distribution pour un moteur atmosphérique à quatre temps, selon l'invention. FIG. 2 represents a view of the distribution device for an atmospheric four-stroke engine, according to the invention.
Deux systèmes identiques, l'un pour l'admission et l'autre pour l'échappement sont nécessaires pour le fonctionnement du moteur, et un seul seulement de ceux-ci, pour plus de clarté, est représenté sur les figures. Two identical systems, one for the intake and the other for the exhaust are necessary for the operation of the engine, and only one of these, for clarity, is shown in the figures.
La soupape 15, comme montré à la figure 2, est constituée par un poussoir 14, solidaire de la tige 15a de la soupape. Ce poussoir est constitué par une cage dont deux faces 1 4b sont parallèles à la tige 15a de la soupape et deux faces 14c sont perpendiculaires à ces faces parallèles. L'une des faces perpendiculaires à la tige de la soupape est solidaire de la tige 15a de la soupape. Cette tige de soupape est munie d'un ressort 14a de manière à assurer un rappel élastique destiné à permettre la fermeture totale de la soupape quand celle-ci ne se trouve pas commandée. L'une des cames 13 de forme ovoïde destinée à commander la fermeture de la soupape 15, comme représenté sur la figure 2, est placée à l'intérieur de la cage et prend appui contre la paroi interne de la face qui est solidaire de la tige 15a de la soupape 15.L'autre came 12, de forme ovoïde, destinée à commander l'ouverture de la soupape 15, prend appui contre la paroi externe de la face qui est en regard de celle solidaire de la tige 1 5a de la soupape. Chacune de ces cames 12, 13 est fixée à un arbre à cames différent. Ces arbres à cames sont chacun solidaires d'une roue cannelée 1, 2 entraînée par une courroie 9. Cette courroie 9 est elle-même entraînée par une autre roue cannelée 3, solidaire du vilbrequin non représenté sur ces figures. The valve 15, as shown in FIG. 2, is constituted by a pusher 14, integral with the rod 15a of the valve. This pusher is constituted by a cage, two faces 1 4b are parallel to the rod 15a of the valve and two faces 14c are perpendicular to these parallel faces. One of the faces perpendicular to the valve stem is integral with the valve stem 15a. This valve stem is provided with a spring 14a so as to ensure an elastic return intended to allow the complete closing of the valve when the latter is not controlled. One of the oval-shaped cams 13 intended to control the closing of the valve 15, as shown in FIG. 2, is placed inside the cage and bears against the internal wall of the face which is integral with the rod 15a of the valve 15. The other cam 12, of ovoid shape, intended to control the opening of the valve 15, bears against the external wall of the face which is opposite that integral with the rod 1 5a of the valve. Each of these cams 12, 13 is fixed to a different camshaft. These camshafts are each secured to a splined wheel 1, 2 driven by a belt 9. This strap 9 is itself driven by another splined wheel 3, secured to the crankshaft not shown in these figures.
La rotation de cet ensemble s'effectue dans le sens indiqué par la flêche 8 de la figure 1. The rotation of this assembly takes place in the direction indicated by the arrow 8 in FIG. 1.
Une roue cannelée de réglage 6, située entre les deux roues cannelées 2 et 3, est fixée à une tige 6a et peut se déplacer en translation le long de la crémaillère 6b, dans le sens indiqué par la flêche 16. Ce déplacement est commandé par un système électromécanique 7 du type moteur électrique. A adjusting grooved wheel 6, located between the two grooved wheels 2 and 3, is fixed to a rod 6a and can move in translation along the rack 6b, in the direction indicated by the arrow 16. This movement is controlled by an electromechanical system 7 of the electric motor type.
Son déplacement a pour conséquence de faire varier la tension de la courroie 9. Cela entraîne une modification de la longueur de cette courroie 9, entre la roue cannelée 3, solidaire du vilbrequin, et la roue cannelée 2 solidaire de l'arbre à cames 13. Cette variation entraîne un déphasage angulaire entre les deux roues cannelées 2, 3 et cela permet de cette façon de choisir le moment d'ouverture de la soupape 15 par rapport au point mort haut du moteur, et donc de régler la puissance de ce moteur de manière optimale. Its displacement has the consequence of varying the tension of the belt 9. This results in a modification of the length of this belt 9, between the splined wheel 3, integral with the crankshaft, and the splined wheel 2 integral with the camshaft 13 This variation causes an angular phase shift between the two splined wheels 2, 3 and this allows this way to choose the opening time of the valve 15 relative to the top dead center of the engine, and therefore to adjust the power of this engine. optimally.
Une autre roue cannelée de réglage 4 est située entre les deux roues cannelées 1, 2 solidaires de chacun des arbres à cames. Cette roue est fixée à une tige 4a et peut se déplacer en translation le long d'une crémaillère 4b. Ce déplacement s'effectue dans le sens indiqué par la flêche 23 et est commandé par un système électromécanique 5 du type moteur électrique. Ce déplacement a pour conséquence de faire varier la longueur de la courroie 9 entre les roues cannelées 1 et 2 solidaires de chacun des arbres à cames. Another adjustment fluted wheel 4 is located between the two fluted wheels 1, 2 secured to each of the camshafts. This wheel is fixed to a rod 4a and can move in translation along a rack 4b. This movement takes place in the direction indicated by the arrow 23 and is controlled by an electromechanical system 5 of the electric motor type. This displacement has the effect of varying the length of the belt 9 between the grooved wheels 1 and 2 integral with each of the camshafts.
Cette variation entraîne un déphasage angulaire entre les deux arbres à cames et permet, en ajustant le retard de l'un par rapport à l'autre, de faire varier la durée d'ouverture de la soupape 15. This variation causes an angular phase shift between the two camshafts and makes it possible, by adjusting the delay of one relative to the other, to vary the duration of opening of the valve 15.
Un tendeur Il comportant une roue cannelée 10, est actionné par un système à ressort et permet de maintenir une tension adaptée de la courroie 9. A tensioner II comprising a grooved wheel 10, is actuated by a spring system and makes it possible to maintain a suitable tension of the belt 9.
Quelle que soit la combinaison entre le moment d'ouverture et la durée d'ouverture de la soupape 15, chaque soupape 15, grâce à ce système passe toujours par un maximum. Whatever the combination between the opening time and the opening time of the valve 15, each valve 15, thanks to this system always goes through a maximum.
Comme montré plus particulièrement à la figure 3, une autre forme de réalisation simple de l'invention consiste à utiliser des arbres à cames coaxiaux. L'un des arbres 17 à cames est du type cylindrique plein, tandis que l'autre 18 est un tube cylindrique. L'arbre 17 est de cette manière monté coulissant à l'intérieur de l'autre arbre 18. La came 12 est fixée à l'arbre 17 par un ténon 19. L'autre came 13 est fixé à l'arbre 18 par un autre ténon 20. Un trou aplomb est ménagé dans l'arbre 18 de manière à permettre le passage d'un ténon 20 et le déplacement relatif de l'un de ces arbres par rapport à l'autre. As shown more particularly in FIG. 3, another simple embodiment of the invention consists in using coaxial camshafts. One of the camshafts 17 is of the solid cylindrical type, while the other 18 is a cylindrical tube. The shaft 17 is in this way mounted sliding inside the other shaft 18. The cam 12 is fixed to the shaft 17 by a pin 19. The other cam 13 is fixed to the shaft 18 by a another tenon 20. A plumb hole is formed in the shaft 18 so as to allow the passage of a tenon 20 and the relative movement of one of these shafts relative to the other.
Le poussoir 14 de la soupape 15 permet le déplacement de cette soupape, tandis que les poulies d'entraînement 21 et 22, dont les liaisons mécaniques avec les arbres 17, 18 correspondants n'ont pas été représentés sur la figure pour plus de clarté, permettent d'entraîner les arbres 17, 18. The pusher 14 of the valve 15 allows the displacement of this valve, while the drive pulleys 21 and 22, the mechanical connections of which with the corresponding shafts 17, 18 have not been shown in the figure for clarity, are used to drive the shafts 17, 18.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux deux seules formes de réalisation de ce dispositif de distribution pour les moteurs atmosphériques à quatre temps qui a été décrit ci-dessus, à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation et d'application en respectant le même principe. It goes without saying that the invention is not limited to the only two embodiments of this distribution device for atmospheric four-stroke engines which has been described above, by way of example, it embraces it on the contrary. all variants of implementation and application respecting the same principle.
Notamment, on ne s'éloignera pas du cadre de l'invention par l'utilisation de deux arbres à cames pour l'admission ou pour l'échappement, ou par la possibilité de monter une courroie ou une chaîne par arbre à cames, de même que par des formes différentes des cames rotatives. In particular, one will not depart from the scope of the invention by the use of two camshafts for intake or for exhaust, or by the possibility of mounting a belt or a chain by camshaft, same as by different forms of the rotary cams.
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