[0001] L'invention est relative aux dispositifs de commande par arbres à came et moyens
transmetteurs d'efforts à galet, permettant de transmettre un mouvement alternatif,
qui est communiqué par la came d'un arbre à came tournant en sens constant autour
de son axe, à un organe mécanique qui est animé d'un mouvement alternatif et qui est
maintenu en appui sur ladite came par des moyens de rappel élastiques. Ces dispositifs
de commande sont agencés pour transmettre le mouvement alternatif à l'organe mécanique
ou bien par l'intermédiaire d'un poussoir portant ledit galet et coopérant directement
avec ledit organe mécanique (commande par arbre à came en tête), ou bien indirectement
par l'intermédiaire d'un culbuteur oscillant autour d'un axe et comportant une partie
menante qui porte ledit galet et coopère avec la came de l'arbre à came et une partie
menée qui coopère avec le susdit organe mécanique. L'invention concerne plus particulièrement
les dispositifs de commande dont les moyens transmetteurs d'efforts à galets sont
très chargés mécaniquement, c'est-à-dire capables de transmettre des efforts importants
pour assurer à l'organe mécanique une levée très rapide et de grande amplitude.
[0002] L'invention s'applique en particulier, mais non exclusivement, aux moteurs à deux
temps à balayage en boucle, à travers la culasse, commandé exclusivement par des soupapes
en vue d'actionner celles-ci. Pour compenser la médiocre section offerte par une soupape
au passage du fluide moteur, si l'on compare cette section à celle de lumières aménagées
dans la chemise du ou de chaque cylindre du moteur, il est en effet souhaitable d'ouvrir
les soupapes dans le laps de temps le plus court possible en donnant à la came le
profil le plus "raide" possible. Par ailleurs, il est connu que ce type de moteur
à deux temps, à balayage par soupapes, présente généralement des masques obturant
partiellement le passage libéré par la soupape d'admission lorsqu'elle est ouverte,
afin de réduire autant que possible les courts-circuits d'air entre les orifices d'admission
et d'échappement. La présence de ces masques diminue encore la section débitante des
soupapes. Pour compenser cette réduction de la section périphérique, on est conduit
à augmenter, plus que ce qu'il est d'usage, la levée de ces soupapes. L'accroissement,
dans un temps réduit, de cette levée pose des problèmes d'inertie qui se traduisent
par une charge excessive des moyens transmetteurs d'efforts à galet et, en particulier,
des culbuteurs lorsque la géométrie des culasses et la disposition de l'arbre à came
imposent leur présence.
[0003] En vue d'éliminer certains inconvénients des susdits dispositifs de commande dont
le galet est porté par un axe, il a été proposé, dans le document US-A-4.909.197,
de supprimer cet axe et de monter le galet de façon qu'il tourne sur lui-même dans
une cavité qui est ménagée dans la partie menante et délimitée, d'une part, par une
paroi semi-cylindrique et, d'autre part, par les parois intérieures de deux flasques
latéraux plans perpendiculaires à l'axe de la paroi semi-cylindrique. Mais ce document
ne fait mention ni d'une arrivée d'huile sous pression dans ladite cavité, ni de la
valeur des jeux entre le galet et son logement, et décrit d'ailleurs un mode de réalisation
préféré (figure 5 et revendication 10) dans lequel une gorge annulaire menagée dans
le galet empêcherait l'établissement d'une pression d'huile notable dans la susdite
cavité au cas "où il y serait introduit de l'huile sous pression.
[0004] L'invention, qui a essentiellement pour but de remédier aux inconvénients de cet
état de la technique, a pour objet un dispositif de commande, par arbre à came et
à galet porté par un poussoir ou par un culbuteur, d'un organe mécanique animé d'un
mouvement alternatif, notamment pour moteurs à combustion interne, constitué de moyens
transmetteurs d'efforts depuis la came de l'arbre à came jusqu'audit organe mécanique
et comportant une partie menante portant un galet sensiblement cylindrique qui coopère
avec la came de l'arbre à came et une partie menée qui est solidaire de la partie
menante et qui coopère avec ledit organe mécanique,
ledit organe mécanique se déplaçant entre deux positions extrêmes dont l'une correspond
au déplacement maximal du galet sur la came et dont l'autre est déterminée par une
butée fixe sur laquelle vient buter l'organe mécanique rappelé par des moyens de rappel
élastiques lorsque le galet coopère avec la partie descendante du nez de la came,
- le galet tourillonnant sur lui-même (et non pas sur un axe) dans une cavité qui est
aménagée dans la partie menante et délimitée d'une part par une paroi semi-cylindrique
circulaire et d'autre part par les parois intérieures de deux flasques latéraux plans
perpendiculaires à l'axe de la paroi semi-cylindrique,
caractérisé en ce que :
- une arrivée d'huile sous pression, communiquant avec un circuit d'alimentation en
huile, débouche sur la paroi intérieure semi-cylindrique de la cavité, de préférence
au voisinage de la génératrice extrême de la paroi semi-cylindrique située en amont,
selon le sens de rotation du galet, et
la paroi semi-cylindrique a un rayon légèrement supérieur au rayon extérieur du galet
tandis que les parois intérieures des flasques latéraux sont séparées par une distance
légèrement supérieure à la largeur du galet de manière à ne laisser entre le galet
et, d'une part, les bords de la cavité semi-cylindrique et, d'autre part, les parois
intérieures des flasques qu'un jeu de fonctionnement suffisamment faible pour que,
en fonctionnement, l'huile provenant de la susdite arrivée maintienne un film d'huile
hydrodynamique entre le galet et les parois de la cavité et que les fuites latérales
soient réduites au minimum.
[0005] Dans ce contexte, on appelle "galet sensiblement cylindrique" un galet qui a la forme
d'un cylindre de révolution, avec éventuellement un léger bombé.
[0006] De préférence, les flasques sont constitués d'une seule pièce avec la partie menante
du culbuteur.
[0007] Ainsi qu'il sera expliqué ci-après, un tel dispositif de commande remédie effectivement
aux inconvénients des dispositifs de commande usuels à arbre à came et poussoir ou
culbuteur.
[0008] L'invention va être exposée plus en détail à l'aide des dessins annexés.
[0009] Les figures 1 et 2 de ces dessins représentent un dispositif de commande à arbre
à came et culbuteur établi conformément à l'invention, en coupe partielle respectivement
selon les lignes I-I de la figure 2 et II-II de la figure 1.
[0010] Les figures 3 à 6 représentent schématiquement chacune des perfectionnements apportés
au mode de réalisation des figures 1 et 2, par des extraits à plus grande échelle
de la figure 1.
[0011] La figure 7 représente une variante d'une partie de la figure 2.
[0012] La figure 8 enfin représente schématiquement un dispositif de commande à arbre à
came et poussoir.
[0013] Avant de décrire l'invention, il paraît utile de rappeler l'état de la technique
en ce qui concerne les dispositifs de commande à culbuteur.
[0014] Comme le montrent les figures 1 et 2, un mécanisme connu de commande par arbre à
came 1 et culbuteur 2 comprend généralement un axe 3 autour duquel pivote le culbuteur
2. A l'extrémité menante du culbuteur 2 tourillonne un galet 7, généralement de forme
cylindrique. Ce galet 7 roule, de préférence sans glissement, sur le nez 8 d'une came
9 solidaire de l'arbre à came 1.
[0015] L'extrémité menée du culbuteur 2 coopère, généralement par l'intermédiaire d'une
articulation sphérique 10, avec un organe mécanique animé d'un mouvement alternatif,
généralement rectiligne ou approximativement rectiligne, tel que tige de soupape 11,
tige de culbuteur, élément de pompe d'injection ou autre.
[0016] Lorsque le galet 7 attaque la partie descendante 8a du nez de came 8, la cohésion
de l'ensemble mécanique, en particulier l'appui du galet 7 sur la came 9, est assuré
par un ressort de rappel 12 qui peut être mécanique, comme représenté schématiquement
à la figure 1, ou pneumatique jusqu'à ce que la tige 11, ou organe analogue, rencontre
une butée. Dans le cas où la tige 11 fait partie d'une soupape 13 dont la tête 14
coopère avec un siège 15, cette butée est en général constituée par ce siège 15. La
figure 1 montre en trait plein la tête de soupape 14 en position d'ouverture et en
trait mixte en position de fermeture, en butée sur le siège 15.
[0017] Par ailleurs, lorsque le nez 8 de la came 9 est effacé du fait de la rotation de
l'arbre à came 1 (rotation schématisée par une flèche à la figure 1), un jeu de fonctionnement
est prévu entre le galet 7 et la came 9 de telle manière que la tige 11 puisse se
dilater sans contrainte. Une rampe de rattrapage de jeu 8b est prévue sur la came
9 pour permettre la prise de contact, avec le moins de choc possible, entre le nez
8 de la came 9 et le galet 7 au tour suivant, mais cette mesure est en général insuffisante
pour supprimer totalement un tel choc et le bruit ou cliquetis qui en résulte.
[0018] Conformément à l'état de la technique défini par le document US-A-4.909.197, le galet
7 tourillonne sur lui-même dans une cavité 16 qui est aménagée dans la partie menante
du culbuteur 2 et délimitée d'une part par une paroi semi-cylindrique circulaire 17,
d'axe X-X parallèle à l'axe géométrique Y-Y de rotation du culbuteur 2 autour de l'axe
matériel 3 de celui-ci et d'autre part par les parois intérieures de deux flasques
latéraux plans 18 perpendiculaires à l'axe X-X de la paroi semi-cylindrique 17.
[0019] Partant de cet état de la technique, le dispositif de commande selon l'invention,
qui va d'abord être décrit dans son application aux culbuteurs, est identique aux
dispositifs connus à l'exception du montage du galet 7 dans la partie menante du culbuteur
2, et il est essentiellement caractérisé, comme illustré schématiquement aux figures
1 et 2, en ce que :
- une arrivée d'huile sous pression 19, communiquant avec un circuit d'alimentation
en huile, débouche sur la paroi semi-cylindrique 17 de la cavité 16, de préférence
au voisinage de la génératrice extrême 20 de la paroi semi-cylindrique 17 située en
amont, selon le sens de rotation (schématisé par une flèche à la figure 1) du galet
7 ; et
- la paroi semi-cylindrique 17 a un rayon R légèrement supérieur au rayon extérieur
2 du galet 7 et les parois intérieures des flasques latéraux 18 sont séparées par
une distance L légèrement supérieure à la largeur du galet 7, de manière à ne laisser
entre le galet 7 et, d'une part, les bords de la cavité semi-cylindrique 17 et, d'autre
part, les parois intérieures des flasques 18 qu'un jeu de fonctionnement suffisamment
faible pour que, en fonctionnement, l'huile provenant de l'arrivée 19 maintienne un
film d'huile hydrodynamique entre le galet 7 et les parois de la cavité 16 et que
les fuites latérales d'huile soient réduites au minimum.
[0020] Le sens de rotation du galet, ainsi que celui de l'arbre à came 1, sera choisi de
façon que la génératrice extrême 20 soit aussi voisine que possible de l'axe 3.
[0021] De préférence, les flasques 18 sont constitués d'une seule pièce avec la partie menante
du culbuteur 2, comme montré schématiquement à la figure 2.
[0022] Le débouché de l'arrivée d'huile sous pression 19 sur la paroi semi-cylindrique 17
est avantageusement constitué par une gorge transversale 21, aménagée le long de la
génératrice 20.
[0023] De préférence, la susdite arrivée d'huile sous pression 19 est essentiellement constituée
par un canal 22 ménagé dans le corps du culbuteur 2 et communiquant avec le circuit
d'alimentation en huile (non représenté) par l'intermédiaire d'une gorge périphérique
23 ménagée dans l'axe 3, d'un passage radial 24 prévu dans l'axe 3 et d'un canal 25
percé longitudinalement dans l'axe 3.
[0024] Le canal 22 peut déboucher directement dans la gorge 21, comme représenté à la figure
1, ou avec interposition de moyens unidirectionnels, situés au plus près du débouché
sur la paroi semi-cylindrique 17 et avantageusement constitués par un clapet anti-retour
à bille 26, comme représenté à la figure 4, ce qui a pour effet d'empêcher l'huile
contenue dans la cavité 16 d'être réaspirée vers le canal 25 dans le cas de fluctuations
de la pression du circuit d'alimentation en huile.
[0025] Afin de rattraper automatiquement le jeu entre le galet 7 et la came 9 lorsque l'organe
mécanique 11 coopérant avec la partie menée du culbuteur 2 est en appui sur sa butée
telle que 15 (figure 1) du fait de l'action des moyens de rappel élastiques 12, on
utilise le galet 7 dans la cavité 16 à la manière d'un piston hydrostatique dans un
cylindre alimenté en huile sous pression, et ceci en prolongeant avantageusement,
comme représenté à la figure 3, la paroi semi-cylindrique 17 d'axe X-X par deux parois
27 parallèles entre elles et à l'axe X-X et tangentes respectivement aux extrémités
de cette paroi semi-cylindrique 17.
[0026] Afin de maintenir en place le galet 7 dans la cavité 16, on pourra prolonger, comme
représenté à la figure 5, les deux extrémités de la paroi semi-cylindrique 17 (ou
les deux parois parallèles 27 de la figure 3) respectivement par des languettes 28
dont les extrémités sont séparées par une distance légèrement inférieure au diamètre
2r du galet 7, comme représenté schématiquement à la figure 5. On choisira alors le
métal dont est faite la partie menante du culbuteur 2 et/ou l'épaisseur des languettes
28 de façon à pouvoir mettre en place le galet 7 dans la cavité 16 par une poussée
suffisante pour écarter élastiquement les extrémités des languettes 28, au passage
du galet 7, ces extrémités reprenant ensuite élastiquement leur distance initiale
de façon à emprisonner avec jeu le galet 7.
[0027] Quoique l'alimentation permanente (en fonctionnement) d'un film d'huile hydrodynamique,
dans l'interstice limité par la paroi semi-cylindrique 17 et par la surface cylindrique
du galet 7, évite l'usure en empêchant tout contact métal/métal entre'le galet 7 et
le corps du culbuteur 2, il peut être avantageux de revêtir les surfaces en mouvement
relatif, ou du moins la paroi semi-cylindrique 17, d'un revêtement anti-friction tel
que, par exemple, un dépôt électrolytique cuivreux.
[0028] On pourra également, comme montré à la figure 6, interposer entre le galet 7 et le
culbuteur 2 une coquille métallique semi-cylindrique mince 29 en matériau anti-friction
prenant appui sur la paroi semi-cylindrique 17 de la cavité désignée par 16 à la figure
1. Il faudra alors aménager un passage d'huile 30 à travers la coquille 29 et pratiquer
la gorge 21 dans cette coquille pour permettre d'alimenter en huile l'interstice 31
entre le galet 7 et la coquille 29.
[0029] Sur les représentations en élévation des figures 1 et 3 à 6, le galet 7 est plein.
Néanmoins et comme représenté en coupe à la figure 7, le galet 7 est de préférence
creux et percé, de part en part, d'un trou axial 32 dont le diamètre, compte tenu
de la matière dont est fait ce galet 7, est suffisamment faible pour empêcher toute
déformation permanente dudit galet 7, sous les efforts auxquels il est soumis en fonctionnement,
mais suffisamment grand pour permettre la déformation élastique de ce galet 7 au contact
de la came 9 de manière à réduire la pression de Hertz du contact. De préférence,
le diamètre intérieur Di du galet 7 est de l'ordre de 70 % de son diamètre extérieur
De. En variante, une entretoise cylindrique circulaire 33, de diamètre extérieur inférieur
au diamètre intérieur Di du galet creux 7, est montée dans l'axe X-X de la paroi semi-cylindrique
17, solidairement avec les deux flasques latéraux 18, auquel cas les languettes 28
ne sont plus nécessaires.
[0030] On obtient ainsi un dispositif de commande à culbuteur dont le fonctionnement est
le suivant. L'huile arrivant sous pression dans la gorge 21 est répartie dans la cavité
16 par le galet 7 en rotation et elle y est maintenue sous une pression intermédiaire
qui dépend de la pression d'alimentation et de la section du passage de fuite constitué
par le jeu entre le galet 7 et les parois de son logement. Un film d'huile hydrostatique
est ainsi entretenu entre le galet 7 et son logement et assure non seulement la lubrification
du galet, mais encore sa suspension à l'intérieur du logement lui permettant de rouler
malgré l'absence d'un axe matériel et son maintien en appui contre la came 9, sans
apparition du cliquetis habituel.
[0031] Ce dispositif de commande présente les avantages suivants :
- augmentation très importante de la surface portante du palier du galet 7, permettant
de charger très fortement le culbuteur (levées rapides et de grande amplitude ; vitesses
de rotation élevées) ;
- rattrapage de jeu automatique entre la came 9 et le galet 7 (sans qu'il soit besoin
de mettre en oeuvre des poussoirs hydrauliques coûteux et complexes) ;
- fonctionnement de longue durée sans usure du fait du film hydrodynamique entretenu
par la rotation du galet 7 ;
- tolérance élevée sur les défauts de perpendicularité entre l'axe 3 du culbuteur 2
et sa 'direction longitudinale (rattrapage hydraulique des défauts de perpendicularité).
[0032] Dans la description des figures, il a été supposé jusqu'ici que, dans le dispositif
de commande à arbre à came, le galet 7 était porté par la partie menante d'un culbuteur
2 mais l'invention s'applique tout aussi bien lorsque le galet 7 est porté par un
poussoir 34 animé du même mouvement alternatif que l'organe mécanique 11, comme le
montre schématiquement la figure 8. Les éléments de cette figure 8 qui sont identiques
ou analogues à des éléments de figures précédentes y sont désignés par les mêmes signes
de référence et il suffit donc de se reporter, à leur sujet, à la description de ces
figures précédentes. Les seules différences notables consistent en ce que le poussoir
34 agit directement sur l'organe mécanique ou tige de soupape 11 et en ce que le canal
d'arrivée d'huile 25 est disposé dans le guide 35 du poussoir 34 et est relié au canal
22 ménagé dans le poussoir 34 par l'intermédiaire d'une gorge annulaire 36 ménagée
à la périphérie du poussoir 34. Le mode de fonctionnement et les avantages du dispositif
de commande à poussoir 34 sont identiques à ceux des dispositifs de commande à culbuteur
2 ou peuvent en être déduits aisément par les spécialistes.
1. Dispositif de commande, par arbre à came (1) et à galet (7) porté par un poussoir
ou culbuteur, d'un organe mécanique (11) animé d'un mouvement alternatif, notamment
pour moteurs à combustion interne, constitué de moyens transmetteurs d'efforts depuis
la came (9) de l'arbre à came (1) jusqu'audit organe mécanique (11) et comportant
une partie menante portant un galet sensiblement cylindrique (7) qui coopère avec
la came (9) de l'arbre à came (1) et une partie menée qui est solidaire de la partie
menante et qui coopère avec ledit organe mécanique (11),
ledit organe mécanique (11) se déplaçant entre deux positions extrêmes dont l'une
correspond au déplacement maximal du galet (7) sur la came (9) et dont l'autre est
déterminée par une butée fixe (15) sur laquelle vient buter l'organe mécanique (11)
rappelé par des moyens de rappel élastiques (12) lorsque le galet (7) coopère avec
la partie descendante (8a) du nez (8) de la came (9).
- le galet (7) tourillonnant sur lui-même dans une cavité (16) qui est ménagée dans
la partie menante et délimitée d'une part par une paroi semi-cylindrique circulaire
(17) et d'autre part par les parois intérieures de deux flasques latéraux plans (18)
perpendiculaires à l'axe (X-X) de la paroi semi-cylindrique (17)
caractérisé en ce que:
- une arrivée d'huile sous pression (19), communiquant avec un circuit d'alimentation
en huile, débouche sur la paroi intérieure semi-cylindrique (17) de la cavité (16),
de préférence au voisinage de la génératrice extrême (20) de la paroi semi-cylindrique
(17) située en amont, selon le sens de rotation du galet (7), et
la paroi semi-cylindrique (17) a un rayon (R) légèrement supérieur au rayon extérieur
(r) du galet (7) tandis que les parois intérieures des flasques latéraux (18) sont
séparées par une distance (L) légèrement supérieure à la largeur (1) du galet (7)
de manière à ne laisser entre le galet (7) et, d'une part, les bords de la cavité
semi-cylindrique (17) et, d'autre part, les parois intérieures des flasques (18) qu'un
jeu de fonctionnement suffisamment faible pour que, en fonctionnement, l'huile provenant
de l'arrivée (19) maintienne un film d'huile hydrodynamique entre le galet" (7) et
les parois de la cavité (16) et que les fuites latérales d'huile soient réduites au
minimum.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les flasques (18) sont
constitués d'une seule pièce avec la partie menante.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le débouché
de l'arrivée d'huile sous pression (19) sur la paroi semi-cylindrique (17) est constitué
par une gorge transversale (21), aménagée le long de la génératrice extrême (20).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
des moyens unidirectionnels, avantageusement constitués par un clapet à bille (26),
sont interposés dans le circuit d'huile sous pression au plus près du débouché sur
la paroi semi-cylindrique (17).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que
la paroi semi-cylindrique (17) d'axe (X-X) est prolongée par deux parois (27) parallèles
entre elles et à l'axe (X-X) et tangentes respectivement aux extrémités 'de cette
paroi semi-cylindrique (17).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que
les deux extrémités de la paroi semi-cylindrique (17) ou les deux parois parallèles
(27) sont prolongées respectivement par des languettes (28) dont les extrémités sont
séparées par une distance légèrement inférieure au diamètre du galet (7).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que
les surfaces en mouvement relatif, ou du moins la paroi semi-cylindrique (17), sont
revêtues d'un revêtement anti-friction tel que, par exemple, un dépôt électrolytique
cuivreux.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il
est interposé, entre le galet (7) et la partie menante, une coquille métallique semi-cylindrique
mince (29) en matériau anti-friction prenant appui sur la paroi semi-cylindrique (17)
de la cavité (16), un passage d'huile (30) étant prévu à travers la coquille (29).
9. Dispositif selon les revendications 3 et 8, caractérisé en ce que la gorge transversale
(21) est aménagée dans la coquille (29), le passage d'huile (30) aboutissant à cette
gorge (21).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que
le galet (7) est creux et percé, de part en part, d'un trou axial (32) de diamètre
suffisamment faible pour empêcher toute déformation permanente du galet (7). mais
suffisamment grand pour permettre la déformation élastique du galet (7) au contact
de la came (9).
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le diamètre intérieur
(Di) du galet creux (7) est de l'ordre de 70 % de diamètre extérieur (De) de ce galet
(7).
12. Dispositif selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce qu'une entretoise
cylindrique circulaire (33), de diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur
(Di) du galet creux (7), est montée dans l'axe (X-X) de la paroi semi-cylindrique
(17) solidairement avec les deux flasques latéraux (18).
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que
les susdits moyens transmetteurs d'efforts sont constitués par un poussoir (34) animé
du même mouvement alternatif au moins approximativement rectiligne que le susdit organe
mécanique (11).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que
les susdits moyens transmetteurs d'efforts sont constitués par un culbuteur (2) oscillant
autour d'un axe (3) parallèle à l'axe géométrique (X-X) du galet (7).
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la susdite arrivée d'huile
sous pression (19) est essentiellement constituée par un canal (22) ménagé dans le
corps du culbuteur (2) et communiquant avec le circuit d'alimentation en huile par
l'intermédiaire d'une gorge périphérique (23) de l'axe (3), d'un passage radial (24)
ménagé dans l'axe (3) et d'un canal (25) percé longitudinalement dans l'axe (3).