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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande
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. de BREVE# D.INVENTION
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Mdnsfenr Bttore B U G A T lu I ' a.9ma!u'ant 30 Avenue- Hoche à Pa:r1ajFranoe
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Poe 1i Dispositif de régularisation de la marcha des arbres à oamse de moteurs Convention Internationale de 1883, eu égard à la demande de Brevet déposée en France le 13 Mars 1944 et à la demande
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de cortîficat d'addition déposée en France la 22 Décembre 1944.
On paît que les arbres à cames des moteurs à explosions ou à combustion,interna attaquent successive- ment les différentes soupapes de ces moteurs et subissent$
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de ce fait, des variations de' oouple imputables à l'inter- mittence des efforts de levée des soupapes.
Certains de ces efforts, qui tendent à freiner
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l'arbre à cames4 sont das à la résistance des ressorts de soupapes au moment de l'attaque des cames; les autres,qui
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tendent à accélérer cet arbrsf prennent naissance au moment oÙ les cames ayant dépassa 'la position-de levée maximdm. les ressorts comprimés agissent sur les oames dans le sens de rotation et restituent une partie de l'énergie absorbée pendant la levée.-Le reliquat de oette énergie est employé combattre la force d'inertie de la soupape qui, à ce
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moment. tend à s'éloigner de la came (période &Taoedl6ra- tion négative).
Ces deux phénomènes freinage et accélération* produisent des effets très complexes et qui varient d'un
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type de moteur à 1"autie; selon le nombre et la diaposi'- tion des cames sur 1'arbre la profil de ces camesi la for- ce.des ressorts de rappel,etc... En outre; comme les.rezr. tarde et les accélérations subis par l'arbre proviennent de cames qui sont plus ou moins éloignées de l'engrenage
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moteur. les variations'do couple agissent sur une barre de longueur variable selon que la came- eonsidérée est près ou loin de cet engrenage, et-16:dëfoations élastiques qui en résultent Ufférant d'une came à l'antre en valeur et en &ur4e, Ces déformations- sont d.faatant plus importantes que la levée des cames est pins grande;
cette- levée, exi- geant l'emploi de ressorts-puissants aptes à annuler la force d'inertie des soupapes,, aggrave le phénomène. Il en résulte des vibrations de torsion qui rendent fort .bruyante .,la transmission par engrenages.
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En effet, le jeu qui existe entre les flancs des dents en prise de ces engrenages, passe très rapide- ment d'un côté à l'autre, produisant ainsi une série de chocs qui font également vibrer les engrenages et qui,em- plifiés par la résonance des carters, contribuent, dans une large mesure, au bruit de fonctionnement des moteurs.
Les conséquences sont, en outre, préjudiciables à la bonne conservation des surfaces des dents des engrenages.
La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des commandes d'arbre à cames par engre- nages.
A cet effet, dans la forme de réalisation adop- tée de préférence, il est prévu d'accoupler l'arbre cames avec un autre arbre du moteur, tournant en synchronisme, l'accouplement étant assuré par un système de poulies à gor- ges et de courroies trapézoïdales ou autres. Ces poulies ont des diamètres tels que l'arbre à cames et son pignon tendent à retarder ou à avancer, selon le cas, d'une manié- te constante, par rapport à L'engrenage de commande, ce qui a pour résultat de localiser le jen d'engrènement sur l'une ou sur l'autre face des dents des engrenages et d'éli- miner ainsi les inconvénients signalés au début du présent mémoire.
Ces poulies, ou tout au moins une, sont, pour le mieux, accouplées à leurs arbres respectifs par l'inter- médiaire de dispositifs à friction assurant la compensa- tion des différences de vitesse tangentielle des poulies, provenant des différences de diamètres.
L'accouplement de l'arbre à cames et d'un antre arbre solidaire de l'un des engrenages intermédiaires de la distribution, peut être obtenu également par des courroies plates ou par des chaînes.
L'invention est applicable également aux moteurs à deux arbres à cames; dans ce cas les arbres à cames sont accouplés, indépendamment des engrenages, par deux poulies et une ou plusieurs courroies on par deux pignons et une chaîna, les poulies ou les pignons de chaîne ayamt des diamètres légèrement différents.
Dana tous les cas, qu'il s'agisse d'un ou de deux arbres à cames le dispositif qui vient d'être décrit peut servir à entraîner un ou plusieurs organes auxiliai- res, séparément ou simultanément, par exemple ventilateur de refroidissement, pompe à eau de circulation, dynamo d'éclairage,etc...
Les courroies ou les chaînesfaisant partie du dispositif objet de l'invention, remplacent celles qu'on est obligé de prévoir normalement en vue d'assurer les dit- férentes fonctions citées ci-dessus. La présence de ces courroies ou de ces chaînes sur un moteur ne constitue donc pas une addition d'organes supplémentaires; il s'ensuit que l'encombrement des dispositifs conformes à l'invention est la même qus celui des dispositifs de transmission d'organes auxiliaires selon le mode classique.
Suivant une variante applicable surtout dans le cas des moteurs possédant un seul arbre à cames, l'arbre à cames ou un arbre qui en est solidaire et la partie rotative de l'organe auxiliaire portent chacun deux poulies jumelées et celes-ci sont accouplées par des courroies aux ' poulies correspondantes, l'une des poulies ayant un diamètre diffé- rent de celui de la poulie jumelle: entre les deux poulies
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jumelles de diamètres différents est; en entre, interposé un dispositif de friction de manière que celui-ci intervienne en permanence en raison des différences de vitesses angulaires créées par l'artifice de la différence de diamètre et de l'accouplement par courroies.
La description qui va enivre. en regard des dessins annexés, donnés a titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. les particularités qui ressortent tant des dessins que du. texte faisant, bien entendu; partie de-ladite invention.
La fig. 1 montre en élévation un dispositif d'amortissement réalisé suivant l'invention enappliqué à une distribution de moteur comportant un seul arbre à. oemes.
La fig. 2 montre ce même dispositif en coupe par II-II de la fig.l.
La fig. 3 montre une réalisation analogue à oelle de la fig. 1 mais comprenant en plus la commande d'un organe auxiliaire.
La fig. 4 représente, à titre de variante; un modede réalisation de l'invention appliquée à un moteur comportant deux arbres à cames.
La fig.5 montre; d'une manière analogue à celle de la tige 4. une application oomportant deux arbres à cames et un organe auxiliaire.
La fige 6 est une coupe analogue à la fig.2 et montrant un mode de réalisation de l'invention appliquée à un moteur à deux arbres à cames commandés par des engrenages co- niques.
Les fig. 7,8 et 9 sont des vues de détail montrant de quelle manière agit le dispositif représenté par la fig.6.
La fig. 10 est une coupe partielle, suivamt son axe. d'un arbre à cames équipé conformément à la dernière variante mentionnée ci-dessus.
La fig. 11 est une vue en élévation, avec coupe suivant XI-XI de la fig.10.
Le pignon 1 (fig. 1 et 2) calé sur le vile- brequin 2 du moteur par une clavette 3, entraîne une roue dentée 4, fixée sur l'arbre à cames 5 par une série de vis 6 ou de tout autre manière connue. Le pignon 1 entrains égale- ment un autre pignon 7, rendu solidaire d'un arbre auxiliai- re 8 par une clavette 9, lequel arbre 8 peut être, par exem- ple, l'arbre de commandedela pompe à huile du moteur on de tout autre organe susceptible d'être commandé par engrenages.
Llarbre à cames 5 se prolonge à l'extérieur du carter de distribution 10 par une partie cylindrique 5bis sur laquelle est fixé un moyeu 11 retenu par une forte gou- pille conique 12 ou par tout autre moyen connu. Le moyen 11 est utilisé, pour le mieux. comme arret d'un déflecteur 13 tournant avec l'arbre 5 à l'intérieur du carter 10, en coo- pération avec l'épaulement ter dudit arbre.
L'ouverture 14 du carter 10 par laquelle passe le prolongement 5bis de l'arbre 5 peut être aménagée A
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de manière à présenter, autour du moyeu 11, une rainure héli- coidale 15 formant vis de rejet d'huile.
Des demi-poulies 16 enserrent un plateau 17 faisant corps avec le moyeu. 11 ; les faces en contaot de ces de- mi-poulies 16 et de ce plateau 17 constituent les éléments du dispositif à friction mentionné au cours de l'exposé général comme faisant partie de l'invention. Des ressorts à boudin 18, arrêtés par des axes 19 et des écrous 19bis sont disposés régu- lièrement autour du centre de l'arbre à cames 5. Le nombre et la force de ces ressorts 18 sont déterminés par la valeur du couple qu'on désire faire absorber par la friction. A titre de variante, on peut ne prévoir qu'un seul ressort à boudin enroulé, par exemple, autour du moyeu 11 ou plusieurs ressorts de diamètre différent, concentriques à l'axe de l'arbre à cames 5.
Une courroie 20, de préférence une courroie trapézoïdale sans fin, accouple la poulie constituée par les demi-poulies 16, avec une poulie 21 faisant corps avec l'arbre auxiliaire 8 grâce à une goupille conique 22 ou à tout autre moyen connu.
Des dispositifspropres à assurer l'étanchéité du carter 10, autour du moyeu de la poulie 21 qui le traverse, peuvent être agencés d'une manière analogue à celle qui a été décrite à propos du moyeu 11. Le déflecteur 13 et la rainure hélicoïdale 23 ménagée dans l'orifice 24 du carter 10 font partie de ces dispositifs qui, bien entendu, ne sont mention- nés que pour mémoire.
On suppose que le pignon 7 a le même nombre de dents que le pignon 1 du vilebrequin 2, tandis que la roue 4 de l'arbre à cames 5 a un nombre de dents double de celui des pignons 1 et 7 car cet arbre 5 doit tourner, en général, à demi-vitesse du vilebrequin 2.
On suppose également que la poulie 16 a un diamètre légèrement supérieur au double de celui de la poulie 21. L'examen de la fig,l fera comprendre clairement le fonc- tionnement du dispositif; à cet effet, une partie des dentures des engrenages 1,4 et 7, a été figurée de manière à faire apparaître la position du jeu 25, situé à gauche de la dent 26 du pignon 1 et celle du jeu 27 situé à gauche de la dent 28 du pignon 1. On a figuré également, en traits mixtes, la courroie 20 qui se déplace, suivant le sens de rotation des engrenages, dans le sens indiqué par les flèches 29.
La poulie 21, ayant un diamètre trop faible, possède, à vitesse de rotation égale, une vitesse périphérique inférieure à celle de la poulie 16.Cette poulie 21 a donc tendance, puisqu'elle est reliée par la courroie 20 à la pou- lie 16, a tourner plus vite que l'engrenage 7 qui est lié à l'engrenage 1. Le jeu 27 est donc constamment en avant des dents telles que 28 de l'engrenage , par rapport au sens de rotation de ce dernier.
La poulie 21, ne pouvant suivre la poulie 16, se ment à la même ;vitesse périphérique car sa vitesse est limitée par le pignon 1 oontre lequel bute le pignon 7; la friction de la poulie 16 intervient pour unifier les déplace- ments des poulies 21 et 16, de sorte que le brin 30 de la courroie 20 est constamment tendu et supporte une traction correspondant au couple absorbé par la friction de la poulie 16. Par contre le brin 31 de la courroie 20 est mon et m participe pas au travail effectué par le dispositif.
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L'effort de traction qui, on vient de le voir, s'exerce constamment sur le brin tendu 30 de la courroià 20, maintient le jeu 25 en arrière des dents telles que 26 de l'engrenage 1, par rapport au sens de rotation de cet engre- nage. Autrement dit, la roue dentée 4, solidaire du moyeu 11 de la poulie 16 a tendance à retarder par rapport au pignon l,
Le couple absorbé par la friction de la poulie 16 dépend du nombre 'et de la force des ressorts 18 ; savaleur est déterminée en considération des efforts qui sollicitent l'arbre à cames 5 et tendent à le faire osciller et vibrer autour de son centre.
L'expérience intervient dans tins large mesure pour guider le constructeur dans le choix des facteurs déterminant la valeur du couple ainsi défini.
Dans l'exemple de la fig.3, l'arbre 32 est solidaire d'une poulie 33 qui est entraînée par la courroie 20, laquelle ceinture également les poulies 16 et 21 solidai- res de l'arbre à cames 5 et de l'arbre auxiliaire 8.
On supposera, dans ce cas, que la poulie 21, faisant corps avec l'arbre 8 et l'engrenage 7, a un diamètre légèrement plus grand que celui de la poulie,16. On supposera ; en outre que les engrenages 4 et 7 ont le même nombre de dents. Les brins. 34 et 35 de. la .courroie 20 sont tendus par le fait que la poulie 16, étant plus petite qué la poulie 21, a une vitesse périphérique moindre que celle de cette dernière.
L'engrenage 4, solidaire du moyeu 11 de la poulie 16 est entraîné de manière qu'il tende a avancer par rapport au pignon moteur l, Le jeu 36 est donc constamment à l'avant des dents du pignon l, telles que 37,
Le brin tendu 35 de la courroie 20, tirant en sens inverse du sens de rotation, tend à faire retarder l'engrenage 7, solidaire de la poulie 21, par rapport au pi- gnon moteur 1. Le jeu 38 est donc constamment à l'arrière des dents du pignon 1, telles que 39.
L'arbre 32 est, dans l'exemple choisi, ltarbre d'entraînement d'une dynamo d'éclairage. Il peut être égale- ment utilisé pour faire tourner un ventilateur ou bien encore une pompe à eau ou tout autre organe auxiliaire.
Le dispositif à friction combiné avec la poulie
16 est adaptable à la poulie 21, ces deux poulies pouvant être. à la fois, munies de ce dispositif.
Dans le cas des moteurs comportant deux arbres à cames (fig.4) on utilise les mêmes éléments que ceyx qui viennent d'être décrits à propos de% fige 1,2 et 3. La pou- lie 40 solidaira de l'arbre à cames de gauche 41 a, dans l'exemple choisi, un diamètre légèrement supérieur à celui de la poulie 42. solidaire de l'arbre à cames de droite 430
Le pignon central 44, qui est à l'extrémité d'une cascade d'engrenages droits entraînés par un pignon calé sur le vilebrequin du moteur, entraîna l'engrenage 45, soli- daire de l'arbre à cames 41 et l'engrenage 45 solidaire de l'arbre à cames 43.
La courroie 20 tourne dans le sens de la flèche 80 ; la poulie 42 plus petite que la poulie 40, a tendance à tourner plus vite que cette dernière et elle pousse le pignon 46 contre l'engrenage central 44, de sorte que le jeu
47 est toujours en avant par rapport aux dents telles que 48 de cet engrenage 44. Autrement dit, le pignon 46 tend à avancer par rapport à l'engrenage 44.
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Le brin 49 de la courroie 20 est tendu; en revanche l'autre brin 50 est mou. Le brin tendu 49 tire la poulie 40 en sens inverse de son sens de rotation et tend à faire retarder le pignon 45 par rapport à l'engrenage central
44, de manière que le jeu 51 soit toujours en arrière des dents telles que 52 de cet engrenage 44.
La force qui applique les dents les unes contre les autres est, pour l'arbre de gauche 41 égale à l'effort tangentiel résultant du couple absorbé par la fric- tion des poulies 40 et 42, diminué de l'effort tangentiel correspondant aux efforts imposés à cet arbre 41. Pour l'ar- bre de droite 43, les deux efforts tangentiels, mentionnés ci-dessus, s'additionnent.
Dans le cas de la fig.5, on supposera à l'inverse de l'hypothèse de la fig.4, que la poulie de gauche
53 eat légèrement plus petite que la poulie de droite 54.
Il s'ensuit que les brins 55 et 56 de la courroie 20 sont tendus et que le brin 57 est mou; les brins 55 et 56 sont utilisés, dans l'exemple choisit pour entraîner une dynamo, un ventilateur, une pompe à eau,etc...La position des jeux de denture 47 et 51 est justifiée par un raisonnement analogue à celui qui vient d'être développé à propos de la fig.4.
L'arbre à oames 58 du moteur pria comme exemple dans la fig.6, moteur qui comporte deux arbres à cames commandés par pignons coniques, reçoit le mouvement par un pignon conique 59. Le prolongement 60 de l'arbre 58 est soli- daire du noyau 61 de la poulie à friction 62 analogue à la poulie 16 qui a été décrite à propos de fig.2. Les marnes éléments : ressort 18, axes 19, écrous 19bis, goupille 12, etc.*. se retrouvent donc sur la fig.6.
L'arbre 58 tourne dans le carter 63 qui est solidaire du carter moteur 64 dont l'un des éléments sert de palier au vilebrequin 65. Ce dernier entraine un pignon co- nique 66 auquel il est lié par un moyen quelconque (clavette, goupille,etc..). L'arbre intermédiaire 67,tournant dans des paliers 68 et 69 faisant corps avec le couvercle de distribu- tion 70, est solidaire des pignons 71 et 72 qui engrènent avec les pignons 59 et 66.
Les fig. 7, 8 et 9 feront comprendre comment se comporte le dispositif objet de l'invention, appliqué à une commande de distribution par engrenages coniques.
La fig.7 montre quels sont les sens de rotation des différents arbres et fait ressortir que la poulie de gauche 73 étant plus grande que la poulie de droite 74, le brin 75 de la courroie 20 est tendu. Il s'ensuit que le pignon 59 solidaire de la poulie 73 tend à retarder et qu'il sollicite à son tour les pignons 71 et 72, de manière que le jeu 76 soit constamment en arrière des dents telles que
77 du pignon 66 du vilebrequin 65 (fig. 8). De même le pignon
59bis solidaire de la poulie 74 tend à avancer et sollicite, à son tour, les pignons 71bis et 72bis, de manière que le jeu 78 soit constamment en avant des dents telles que 79 du pignon 66 .
Le dispositif à friction inclus dans les poulies
73 et 74 se comporte d'une manière analogue à celle qui a été mentionnée à propos des figures précédentes; il n'est donc pas nécessaire de revenir sur cette question:
Dans la variante des fig. 10 et 11, l'arbre 81 est l'arbre à cames du moteur ou un arbre faisant corps avec @
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lui et sortant du moteur, dont l'enveloppe est indiquée en 82.
L'arbre 83,' qui est fixe,'est celai d'un organe accessoire, en l'espèce un ventilateur 84 ; il est solidaire d'un plateau 85 boulonné sur l'enveloppe 82 ; la fixation peut. le cas échéant, être effectuée de façon à permettre un réglage de la position de l'arbre 83 dans le plan qui passe par son axe et par celui de l'arbre 81, afin de tendre plus ou moins les courroies indiquées ci-après.
Sur l'arbre rotatif 81 est fixé, par exemple par une grosse goupille 86. le moyen tubulaire 87 d'une poulie ' 88 ; sur ce moyen, fileté à l'extrémité de droite; est en- filée une seconde poulie 89 de diamètre légèrement supérieur @ à celui de la première;entre les deux poulies est interposée @ une garniture de friction 90, et des ressorts 91, logés dans des alvéoles ou dans une gorge d'un disque 92 coulissant sur le moyen 87, sont bandés par un écrou réglable 93 vissé sur la partie filetée de ce moyeu. 'Des tocs d'entraînement 94 assurent la solidarité de la poulie 89 et du disque 92 au point de vue de la rotation.
Le ventilateur 84 est solidaire de deux pou- lies 95.96,correspondant respectivement aux poulies 88 et 89, la poulie 95 ayant un diamètre supérieur à celui de la poulie 96 ; les poulies sont accouplées deux à deux par des courroies 97 et 98,
Les deux poulies réceptrices 9596 étant so- lidaires l'une de l'autre, la courroie motrice 97 entraîne le ventilateur 84 à une certaine vitesse et,par suitei la deu- xième courroie 98. La deuxième poulie 89 de l'arbre à cames étant plus grande que la première, les rapports de trans- mission des deux paires de poulies motrices et réceptrices sont dans un ordre de grandeur tel que cette deuxième poulie 89 tourne moins vite que la première.
Il s'ensuit que la différence de vitesse angu- laire qui existe entre les poulies 88 et 89 crée, grâce au dispositif de friotion 90,91,92,93,un couple retardateur dont la valenr est fonction de la pression exercée sur la garni- ture 90.
Ce coupler lorsque ses facteurs déterminants sont judicieusement ohoisis, s'oppose aux variations instan- tanées de vitesse de l'arbre à cames 81, variations qui sont duos aux différentes forces sollicitant cet arbre pendant la marche du moteur (principalement l'action des ressorts de soupapes), Il s'ensuit que les dentures des engrenages de commande de l'arbre à cames sont constamment en contact entre elles, les engrenages conduits étant sollicités vers le retard par rapport aux engrenages conducteurs et cela dans chacun des couples d'engrenages constituant la commande.
Dans la pratique; on utilise, de préférence; dena courroies trapézoïdales sans fin ou. deux jeux de ces courroies ayant la mime longueur développée, ce qui oblige; ainsi que le montre le dessini à prévoir la poulie 96 plus petite que la poulie 95, compte tena du. fait que la poulie 89 est,plus grande que la poulie 88.,
La vitesse périphérique de la poulie 96 est donc plus faible que celle de la poulie 95 dont elle est so- lidaire et la vitesse linéaire de la deuxième courroie 98 Inférieure à celle de la courroie 97.
La deuxième poulie 89 de l'arbre à cames 81 subit donc. de ce fait; un retard sup- plémentaire par rapport à la première, retard dont on doit tenir compte en choisissant les diamètres des différentes
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ponlies. La couple retardateur obtenn sur l'arbre à eames par l'application du dispositif à friction s'ajoute au couple absorbé par la rotation de l'organe accessoire et à celai qui résulte de la somme des résistances passives de l'arbre à cames.
Ce dernier couple varie continuellement pendant la marcha du moteur et prend, parfois une valeur négative eorres- pondant aux périodes d'accélération*
Dans le cas qui vient d'être examiné, le brin tendu de la courroie 97 et celai de la courroie 98 sont située du mime cote du plan des axes des arbres 81 et 93, pour un sens de rotation déterminée
Au contraire, si l'on avait choisi la poulie 89 de l'arbre à cames plus petite que la poulie 88 la poulie 96 du ventilateur serait plus grande que la poulie 95 et l'ordre de grandeur des rapports de transmission des deur paires du poulie* serait tel que la deuxième poulie 89 de l'arbre à cames tournerait plus vite que la poulie 88.
Dans ce eas,les brins tendus des courroies 97 et 98 seraient située de part et d'antre du plan des axes des arbres 81 et 83,
Bien entendu, on peut tout aussi bien monter sur la partie rotative de l'organe accessoire le couple de poulies 88,89 accouplées par un dispositif de friction et sur l'arbre à cames (on son prolongement) 81 deux poulies équivalentes aux poulies 95 ,96 et qui en sont solidaires. De plus, on con- çoit que l'organe auxiliaire (ici an ventilateur) peut se ré- duire strictement au couple de poulies jamelles telles que 95 et 96 (ou de poulies séparées par le dispositif de fric- tion si les poulies 88,89 sont remplacées par deux poulies solidaires équivalentes aux poulies 95,96).
REVENDICATIONS
1. Dispositif de régularisation de la marche des arbres à cames actionnés par engrenages dans les moteurs à distribution par soupapes, caractérisé par le fait qutil comporte des moyens d'accélaration (positive on négative) appliquée à un tel arbre en parallèle avec ses moyens de commande, afin de localiser le jea d'engrènement sur ltnne ou l'autre face des dents d'engrenages.