Brevet FR2328842A1 — publié le 19770520

L'invention est relative å un dispositif d'équilibrage pour machine à piston à déplacement alternatif, en particulier pour moteur d combustion interne, laquelle machine comprend un vilebrequin lié mécaniquement au, ou a' chaque, piston coulissant dans un cylindre, un arbre à cames commandant l'admission et l'échappement dans chaque cylindre, des moyens flexibles d'entrainement en rotation de l'arbre à cames par le vilebrequin et un organe rotatif de tension de ces moyens flexibles, monté sur un arbre parallèle à l'axe du vilebrequin. L'invention concerne plus particulièrement, parceque c'est dans ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intEret, mais non exclusivement, les machines, notamment les moteurs à combustion interne, mono-cylindres ou bi-cylindres en ligne à cylindres parallèles dont les manetons du vilebrequin sont calés à 360* l'un de l'autre. L'invention a pour but, surtout, de rendre le dispositif d'équilibrage tel qu'il réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment tel qu'il soit d'une réalisation moins conteuse tout en étant d'une mise en place plus simple sur le moteur. Selon l'invention, le dispositif d'équilibrage pour machine à piston à déplacement alternatif est caractérisé par le fait qu'il comporte une masse d'équilibrage calée sur l'organe rotatif de tension. des moyens de coopération étant prévus entre cet organe de tension et les moyens flexibles d'entratnement pour empocher un glissement entre l'organe de tension et les moyens flexibles d'entratnement, l'ensemble entant agencé de manière telle que l'organe de tension et la masse d'équilibrage calée sur cet organe tournent en sens inverse du vilebrequin et à la même vitesse absolue que le vilebrequin. Généralement, l'organe de tension est constitué par une poulie ou élément analogue qui coopère avec une face des moyens flexibles d'entrainement opposée à celle qui est au contact de poulines, ouéléments analogues, calées sur l'arbre de vilebrequin et sur l'arbre à cames, de telle sorte que l'organe de tension tourne en sens inverse du vilebrequin. Lorsque les .oyens flexibles d'entrainement sont constitués par une courroie, cette courroie est crantée sur ses deux faces de manière à assurer le maintien d'un calage angulaire satisfaisant de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin et de l'organe de tension par rapport à ce même vilebrequin. L'égalité des valeurs absolues des vitesses de rotation du vilebrequin et de l'organe de tension est obtenue en prévoyant le méme rayon pour les circonférences de contact des moyens flexibles d'entratnement avec la poulie (ou élément analogue) du vilebrequin et de l'organe de tension. Avantageusement, le dispositif d'équilibrage peut comprendre deux autres masses d'équilibrage supplémentaires formant, avec la première, un ensemble de trois masses d'équilibrage;l'une de ces deux masses supplémentaires est portée par le vilebrequin et tourne avec ce dernier, tandis que l'autre masse supplézen- taire est montée sur un arbre parallèle à l'axe du vilebrequin et entranée en rotation en sens inverse du vilebrequin, avec la même valeur absolue; les axes de l'arbre de l'organe de tension et de l'arbre supportant la seconde masse d'équilibrage supplé mèntaire sont situés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin, et dans un plan passant par cet axe. L'entrainement en rotation de la seconde masse d'équil4- brage supplémentaire est avantageusement assuré par deux engrenages calés respectivement sur le vilebrequin et sur la seconde masse supplémentaire. Les centres de rotation des trois masses d'équilibrage sont alignés. La masse d'équilibrage montée sur l'arbre de l'organe de tension et la seconde masse d'équilibrage supplémentaire écartée du vilebrequin sont déterminées et placées de manière que les forces d'inertie qu'elles développent soient dans le rapport inverse des distances de leur centre de rotation au centre de rotation de la masse montée sur le vilebrequin. Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif d'équilibrage, à trois masses d'équilibrage dont l'une est montée sur le vilebrequin et dont les deux autres sont montées sur des arbres parallèles au vilebrequin mais tournent en sens inverse de ce vilebrequin, est caractérisé par le fait que les axes de rotation des deux masses écartées du vilebrequin sont situés dans un même plan passant par l'axe du vilebrequin, les deux axes des masses écartées du vilebrequin étant situés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin, le susdit plan des axes passant par, ou au voisinage de, l'axe de rotation de l'organe de tension des moyens flexibles d'entrainement de l'arbre cames L'invention concerne également une machine à piston à déplacement alternatif, notamment un moteur à combustion interne, équipée d'un dispositif d'équilibrage tel que défini précédemment. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après, à propos de modes de réalisation décrits avec références aux dessins ci-annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. -La figure t de ces dessins montre, schématiquement, en élévation, avec parties arrachées, un dispositif d'équilibrage pour moteur à combustion interne, conforme à l'invention. -La figure 2 est une coupe à échelle réduite, avec parties représentées schématiquement, suivant la ligne II-II,figure 1. -La figure 3 montre, semblablement à la figure 1, un dispositif d'équilibrage à trois masses rotatives. -La figure 4 est une coupe schématique suivant la ligne IV-IV, figure 3. -La figure 5, enfin, montre, semblablement à la figure 3, une variante du dispositif d'équilibrage à trois masses. En se reportant aux figures 1 et 2, on peut voir un moteur à combustion interne, schématiquement représenté. Ce moteur comprend un cylindre 1 i l'intérieur duquel se déplace, suivant un mouvement alternatif, un piston 2. Le moteur comprend un vilebrequin 3 (figure 2) lié mécaniquement par une bielle 4 au piston 2. Un arbre à cames 5 commande l'admission et l'échappe- ment dans le cylindre 2. Cet arbre à cames est entrainé en rotation par des moyens flexibles d'entratnement E mis en mouvement par le vilebrequin 3. Ces moyens flexibles d'entrainement E sont généralement constitués par une courroie ou par une chaine. Sur la figure 1, on a représenté les moyens flexibles E sous la forme d'une courroie qui coopère avec des poulies 6 et 7 calées respectivement sur le vilebrequin 3 et l'arbre à cames 5. Dans le cas où les moyens E seraient formés par une chaine, les poulies 6 et 7 seraient remplacées par des roues dentées. Un organe rotatif de tension 8, des moyens flexibles d'entrainement E, est prévu et monté sur un arbre 9 parallèle à l'axe du vilebrequin 3. Cet arbre 9 est monté dans une plaque support 10, qui peut pivoter autour d'un axe 11; ladite plaque support 10 est sollicitée par un ressort spiral 12 travaillant en torsion et tendant à appliquer constamment l'organe 8 contre les moyens flexibles d'entrainement E. Une extrémité 13 de ce ressort prend appui contre une butée prévue sur le carter du moteur tandis que l'autre extrémité de ce ressort prend appui contre un pion 14 solidaire de la plaque 10. Une ouverture oblongue 15 est prévue dans la plaque 10, dans une zone sensiblement diamétralement opposée au pion 14. Cette ouverture 15 coopère avec une vis 16, engagée dans le carter du moteur, pour assurer le réglage de- la pièce 10 et limiter ses débattements angulaires. Les moyens flexibles d'entraineinent E peuvent, en outre, coopérer avec un autre organe d'entratnement tel qu'unie poulie 17 calée sur l'arbre d'un auxiliaire, notamment l'arbre d'une pompe à huile. Le moteur est muni d'un dispositif d'équilibrage comportant une masse d'équilibrage m bloquée sur l'organe rotatif de tension 8; cette masse m a, naturellement, son centre de gravité excentré par rapport à l'axe géométrique de l'arbre 9. Des moyens de coopération C sont prévus entre l'organe de tension 8 et les moyens flexibles E pour empêcher un glissement entre l'organe 8 et les moyens E. L'ensemble est agencé de manière telle que l'organe 8 et la masse m tournent en sens inverse et à la même vitesse absolue que le vilebrequin 3. Généralement, les moyens E sont constitués par une courroie, comme indiqué précédemment, qui, par sa face intérieure 18 coopère avec la périphérie des poulies 6, 7 et 17. L'organe 8, formé dans ce cas par une poulie, est placé de manière à coopérer avec la face extérieure 19 de la courroie, c-'est-à-dire la face opposée à 18. L'organe 8 tourne donc en sens inverse du vilebrequin 3. La courroie formant les moyens E comporte alors non seulement des crans 20a sur sa face intérieure 18, propres à coopérer avec des parties en relief prévues dans les gorges des poulies 6 et 7 pour assurer un calage angulaire déterminé de l'arbre à cames 7 par rapport au vilebrequin, mais également des crans 20b sur sa face extérieure 19 propres à coopérer avec des nervures en relief prévues dans la gorge de la poulie 8. Ces crans 20b, prévus sur la face 19, et des nervures transversales (non visibles) prévues dans le fond de la gorge de la poulie 8, forment les moyens de coopération -C s'opposant à un glissement relatif de la poulie 8 par rapport aux moyens E. Si ces moyens E étaient constitués par une chaine, il suffirait de prévoir, pour l'organe 8, une roue dentée; les poulies 3 et 7 seraient également remplacées par des roues dentées. Les gorges de la poulie 3 et de l'organe de tension 8 ont des rayons égaux de telle sorte que les circonférences de contact des moyens flexibles E avec ces gorges aient le même rayon; la valeur absolue de la vitesse de rotation de l'organe 8 sera égale à la valeur absolue de la vitesse de rotation du vilebrequin 3. Le dispositif d'équilibrage montré aux figures 1 et 2 est d'cane réalisation simple car il ne nécessite aucune modification de l'architecture du moteur. Un tel dispositif, sans assurer un équilibrage parfait, permet d'équilibrer les forces dti- nertie primaires et d'améliorer considérablement le comportement vibratoire de la machine, notamment du moteur et du véhicule sur lequel est monté ce moteur. Il est à noter que les variations de position de l'organe de tension 8, en fonction de l'allongement des moyens flexibles E, notamment formés par une courroie, n'ont qu'une influence négligeable sur l'efficacité de l'équilibrage. Il convient, naturellement, de donner initialement un calage angulaire convenable de la masse za par rapport au vilebrequin. Les figures 3 à 5 montrent un dispositif d'équilibrage à trois masses tournantes. Les éléments des figures 3 à 5 identiques à des éléments déjà décrits ou jouant des rôles semblables à ceux d'éléments déjà décrits sont désignés par les memes références numériques. Le moteur représenté sur les figures 3 et 4 est un moteur à deux cylindres en ligne, parallèles, les manetons 21a, 21b du vilebrequin étant calés à 360- l'un de l'autre. Chacun de ces manetons est associé à un piston correspondant 2a, 2b auquel il est relié mécaniquement par la bielle 4a, 4b. On retrouve la masse m calée sur l'organe rotatif de tension 8 des moyens flexibles E. Deux masses supplémentaires ml, m2 sont prévues. La masse supplémentaire m1 est portée par le vilebrequin 3 et tourne avec ce dernier. Cette masse mi peut être, d'ailleurs, comme représentée sur la figure 4, constituée par l'ensemble de plusieurs masselottes, par exemple au nombre de quatre 23a, 23b, 23c, 23d,réparties suivant l'axe du vilebrequin; l'ensemble de ces masselottes est équivalent à une masse unique dont la valeur et la position se déduisent de celles des masselottes. L'autre masse supplémentaire m2 est montée sur un arbre 22 parallèle à l'axe du vilebrequin 3 et est entrainée en rotation, en sens inverse de ce vilebrequin, avec la mEme valeur absolue. Cet entrainement est avantageusement assuré par une paire d'engrenages 24, 25 de mêmes diamètres, montés respectivement sur l'axe du vilebrequin 3 et sur l'arbre 22. La masse est bloquée sur l'engrenage 15. Les masses ml, et m2 ont,naturellement, leur centre de gravité excentré par rapport à l'axe de rotation de ces masses. Les axes de l'arbre 9 de l'organe de tension 8 et de l'arbre 22 supportant la seconde masse d'équilibrage supplémentaire m2 sont situés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin 3, comme visible d'après la figure 4. En outre, les axes de l'arbre 22 et de l'arbre 9 sont situés dans un plan passant par l'axe du vilebrequin. Les centres de rotation d, e, f, des trois masses m, mi, m2 sont alignés (figure 4). Par centre de rotation, on désigne, pour une masse d'équilibrage, le point formé par l'intersection de l'axe de rotation de cette masse d'équilibrage avec le plan passant par le centre de gravité de la masse d'équilibrage et perpendiculaire à l'axe de rotation de cette masse. La masse d'équilibrage m, calée sur l'organe de tension 8 et la seconde masse d'équilibrage supplémentaire m2 écartée du vilebrequin 3 sont déterminées de telle manière que les forces d'inertie qu'elles développent soient dans le rapport inverse des distances de leur centre de rotation au centre de rotation de la masse ml montée sur le vilebrequin. Il en résulte que le moment des forces d'inertie développées par les masses m et m2 par rapport au centre de rotation de la masse montée sur le vilebrequin est nul. Avantageusement, la masse ml portée par le vilebrequin est prévue pour équilibrer 50 % des forces d'inertie, tandis que les deux autres masses m et m2 équilibrent également 50 % des forces d'inertie. Les moyens flexibles d'entraînement E de l'organe de tension 8 peuvent être constitués, comme dans le cas des figures 1 et 2, par une courroie crantée sur ses deux faces, ou par une chaîne. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le plan passant par les axes de rotation des masses m et m2, et par l'axe du vilebrequin 3 est confondu avec le plan P passant par les axes des cylindres 2 et par l'axe du vilebrequin 3. Selon une variante, représentée sur la figure. 5, le plan P passant par l'axe des cylindres 2 et l'axe de vilebrequin 3 fait un angle aigu e, notamment inférieur à 45, avec le plan H passant par les axes de rotation des masses m, 1 et l'axe du vilebrequin 3. Il est à noter qu'une telle disposition est également avantageuse pour le montage des trois masses rotatives d'équilibrage, l'encombrement de ces trois masses suivant une direction perpendiculaire au plan P étant réduit. On peut considérer qu'un des aspects de l'invention consiste, dans le cas où trois masses d'équilibrage sont prévues, à disposer les deux masses d'équilibrage m et m2 écartées de l'axe du vilebrequin de manière telle que le plan H passant par les axes de rotation de ces masses et m2, passe également par l'axe du vilebrequin 3 et passe par, ou au voisinage de,l'axe de rotation de tension 8. En raison de la position de cet organe de tension 8, l'angle e qui sera alors formé entre le plan H et le plan P sera un angle aigu assurant un encombrement réduit pour l'ensemble des trois masses rotatives, suivant la direction perpendiculaire au plan P. Le dispositif d'équilibrage, selon l'invention, peut être mis en place sans imposer de modifications de l'architecture du moteur. Le montage d'une masse d'équilibrage sur l'organe de tension 8 est simple, peu coûteux, et permet d'assurer un entraînement de cette masse sans engendrer des bruits supplémentaires. -REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'équilibrage pour machine à piston à déplacement alternatif, en particulier pour moteur à combustion interne, laquelle machine comprend un vilebrequin lié mécaniquement au, ou à chaque piston,coulissant dans un cylindre, un arbre à cames commandant l'admission et l'échappement dans chaque cylindre, des moyens flexibles d'entraînement en rotation de l'arbre à cames par le vilebrequin, et un organe rotatif de tension de ces moyens flexibles monté sur un arbre parallèle à l'axe du vilebrequin, caractérisé par le fait qu'il comporte une masse d'équilibrage (m) calée sur l'organe rotatif de tension (8), des moyens de coopération (C) étant prévus entre cet organe de tension et les moyens flexibles d'entraînement (E) pour empêcher un glissement entre l'organe de tension et les moyens flexibles d'entraî- nement, l'ensemble étant agencé de manière telle que l'organe de tension et la masse d'équilibrage calée sur cet organe tournent en sens inverse du vilebrequin et à la même vitesse absolue que le vilebrequin. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de tension (8) est constitué par une poulie, ou élément analogue, qui coopère avec une face (19) des moyens flexibles d'entraînement (E) opposée à celle (18) qui est au contact de poulies (6,7) (ou éléments analogues) calées sur l'arbre de vilebrequin (3) et sur l'arbre à cames (5) de telle sorte que l'organe de tension tourne en sens inverse du vilebrequin. 3.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens flexibles d'entraînement sont constitués par une courroie, caractérisé par le fait que cette courroie est crantée sur ses deux faces (18,19) de manière à assurer le maintien d'un calage angulaire satisfaisant de l'arbre à cames (5) et de organe de tension (8) par rapport au. vilebrequin (3). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les rayons de5circon- férences de contact des moyens flexibles d'entraînement 5.- Dispositif d'équilibrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend deux autres masses d'équilibrage supplémentaires (m1,m2) l'une (mi) de ces deux masses supplémentaires étant portée par le vilebrequin et tournant avec ce dernier tandis que l'autre masse supplémentaire (m2) est montée sur un arbre (22) parallèle à l'axe du vilebrequin et est entraînée en rotation en sens inverse du vilebrequin, avec la même valeur absolue, les axes de l'arbre (9) de l'organe de tension et de l'arbre (22) supportant la seconde masse d'équilibrage supplémentaire (m2) étant situés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin (3) et dans un plan passant par cet axe. 6.- Dispositif d'éguilibrage pour machine à piston à déplacement alternatif, en particulier pour moteur à combustion interne, laquelle machine comprend un vilebrequin lié mécanique ment au , ou à chaque ,piston coulissant dans un cylindre, un arbre à cames commandant l'admission et l'échappement dans chaque cylindre, des moyens flexibles d'entraînement en rotation de l'arbre à cames par le vilebrequin et un organe rotatif de tension de ces moyens flexibles, monté sur un arbre parallèle à l'axe du vilebrequin, caractérisé par le fait qu'il comprend trois masses d'équilibrage dont l'une (ml) est montée sur le vilebrequin (3) et dont les deux autres (m,m2) sont montées sur des arbres parallèles au vilebrequin mais tournent en sens inverse de ce vilebrequin avec meme valeur absolue, les axes de rotation des deux masses (m,m2) écartées du vilebrequin étant situées dans un même plan passant par l'axe de ce vilebrequin, ces axes étant situés de part et d'autre de l'axe du vilebrequin, le susdit plan des axes passant par, ou au voisinage des'axe de rotation de l'organe de tension (8) des moyens flexibles d'entraînement de l'arbre à cames. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il comprend deux engrenages calés respectivement sur le vilebrequin et sur une masse d'équilibrage dont l'axe de rotation est écarté de l'axe du vilebrequin, ces engrenages assurant l'entraînement en rotation de ladite masse d'équilibrage. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que les centres de rotation (d, e, f) des trois masses d'équilibrage (m, ml, m2) sont alignés 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que les deux masses d'équilibrage (m,m2) dont les axes de rotation sont écartés de l'axe du vile brequin sont déterminées et placées de manière que les forces d'inertie qu'elles développent soient dans le rapport inverse des distances de leur centre de rotation au centre de rotation de la masse (mi) montée sur le vilebrequin. 10,- lachine à piston à déplacement alternatif, en particulier moteur à combustion interne monocylindre ou bicylindre à cylindres en ligne,parallèles, équipée d'un dispositif d'équilibrage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.