Brevet FR2475629A1 — publié le 19810814

La présente invention concerne un moteur à combustion interne, comprenant un dispositif de débrayage pour l'accouplement et le désaccouplement d'un premier vilebrequin d'une première unité du moteur et d'au moins un second vilebrequin d'une seconde unité du moteur, à l'aide d'un accouplement de montée en régime qui permet l'accélération du second vilebrequin par le premier, puis sa liai- son avec ce dernier quand la vitesse du second vilebrequin est au moins sensiblement égale à celle du premier. Il est par exemple connu de débrancher une partie des cylindres d'un moteur polycylindrique à combustion interne pour le fonctionne- ment à charge partielle, afin de réduire la consommation de carburant. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n0 28 28 298 par exemple décrit un procédé d'utilisation d'un moteur à combustion interne comprenant plusieurs cylindres logés dans un bloccylindres commun et dont une partie est débranchée comme suit pour la charge partielle: une partie du vilebrequin affectée aux cylindres à débrancher est séparée de la partie du vilebrequin affec- tée aux autres cylindres, ce qui produit l'arrêt des cylindres à débrancher. Pour rebrancher les cylindres, les deux parties du vile- brequin sont de nouveau reliées dans la même position angulaire et l'ordre d'allumage correct. L'invention a pour objet un moteur à combustion interne, comprenant un dispositif de débrayage pour l'accouplement et-le désaccouplement au choix d'un second vilebrequin d'une seconde unité du moteur et d'un premier vilebrequin d'une première unité du moteur, et permettant l'accouplement correct du second vilebrequin d'une façon simple, sure et automatique. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le premier vilebrequin est parallèle au second. Un avantage essentiel de ce moteur à combustion interne compre- nant un dispositif de débrayage selon l'invention réside dans le fait que, par suite de leur disposition parallèle, les vilebrequins, pen- dant le fonctionnement à pleine charge, ne sont pas sollicités en torsion de la même façon que dans le cas d'un montage en série. Des conditions moins sévères sont ainsi imposées aux vilebrequins, dont la production est beaucoup plus économique. L'invention permettant l'accouplement et le désaccouplement d'une seconde unité de moteur à combustion interne d'une façon particu- lièrement simple et sûre, il est avantageusement possible d'obtenir non seulement une réduction notable de la consommation de carburant, mais aussi une diminution-de l'émission de substances polluantes. Un branchement et une coupure d'un nombre prédéterminé de cylindres en fonction de l'application permettent d'obtenir avanta- geusement la répartition de charge souhaitée. Le moteur à combustion interne comportant un dispositif de débrayage selon l'invention est avantageusement logé dans un carter commun, un arbre à cames étant disposé en parallèle avec chacun des vilebrequins. Un avantage du montage dans un carter commun réside dans l'encombrement réduit résultant, qui permet une production beau- coup plus économique des moteurs à combustion selon l'invention. Les.deux vilebrequins sont avantageusement reliés quand, outre un synchronisme approximatif, le second vilebrequin présente une position prédéterminée par rapport au premier. La liaison entre les deux vilebrequins s'effectue automatiquement et par olabotage quand le vilebrequin de la seconde unité à brancher, accéléré par le premier vilebrequin de la première unité assurant la charge partielle, présente au moins sensiblement la même vitesse que le vilebrequin de la première unité et une position correcte par rap- port à ce dernier. La liaison est établie par clabotage, après un engagement par action de force, afin d'assurer un positionnement particulièrement simple du second vilebrequin. Un comparateur est prévu comme mécanisme approprié pour la liai- son automatique des deux vilebrequins dans le cas d'une différence des vitesses du premier et du second vilebrequin. Le comparateur utilisé est de préférence une pompe à huile qui, dans le cas d'une différence des vitesses de rotation des vilebrequins, refoule de l'huile dans une chambre par un trajet d'aspiration; l'huile pompée déplace un piston, solidaire en rotation du demi-accouplement de montée en régime à accélérer et mobile axialement, de façon qu'il engage l'accouplement de montée en régime. Des pompes à "croissant" connues et commercialisées sont des pompes à huile appropriées pour cet usage; un orifice de refoulement d'une telle pompe est relié à la chambre et un orifice d'aspiration au trajet d'aspiration. La roue dentée excentrique de la pompe à croissant est reliée au premier vilebrequin. Une telle pompe présente l'avantage d'être particulièrement plate et de présenter une faible dimension radiale. Afin d'éviter un fonctionnement continu de la pompe à croissant, même en régime à charge partielle, un tiroir est avantageusement monté solidaire en rotation du demi-accouplement solidaire en rota- tion du premier vilebrequin, chargé par un accumulateur d'énergie prenant appui sur ledit demi-accouplement, mobile axialement vers la roue excentrique et agit sur cette dernière par friction quand le demiaccouplement solidaire en rotation du premier vilebrequin est déplacé vers le demi-accouplement à accélérer. Un avantage de la coupure de la pompe à huile pendant le fonctionnement à charge par- tielle réside en particulier dans une plus grande durée de vie de la pompe. Un ressort est avantageusement prévu, qui charge le tiroir contre la force exercée par l'accumulateur d'énergie. La commande automatique est assurée d'une façon particulièrement simple et sûre, selon une autre caractéristique de l'invention: le demiaccouplement solidaire en rotation du premier vilebrequin est déplacé axialement vers le piston par un dispositif de manoeuvre; le piston est solidaire en rotation du demi-accouplement à accélérer; un mécanisme à friction est disposé entre le piston et le demi- accouplement solidaire en rotation du premier vilebrequin; le piston, le mécanisme à friction et le demi-accouplement solidaire en rotation du premier vilebrequin forment l'accouplement de montée en régime; et lors de l'engagement par clabotage de l'accouplement de montée en régime, la pompe refoule de l'huile dans la chambre de façon que le piston se trouve sur une position dans laquelle une liaison des vilebrequins par clabotage est interdite. Un orifice de refoulement dLhuile au moins est prévu sur une paroi axiale au moins de la chambre, afin d'assurer le positionne- ment simple du piston. Le dispositif de clabotage est constitué par au moins un profil axial sur le demi-accouplement à accélérer et au moins un profil con- jugué axial sur le demi-accouplement solidaire en rotation du pre- mier vilebrequin, lesdits profils pouvant s'engager par clabotage sur une position prédéterminée du second vilebrequin. Afin d'éviter un engagement brutal et soudain du profil et du profil conjugué, et d'amortir le "premier choc", de l'engagement par clabotage, le profil axial et/ou le profil conjugué axial peuvent tourner d'un angle prédéterminé par rapport à leur demi-accouplement respectif, contre la force exercée par un amortisseur de torsion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est la-coupe d'un dispositif de débrayage selon l'inven- tion; et la figure 2 est une autre coupe suivant l'axe I-I de la figure 1. Le premier vilebrequin est désigné par 1 sur la figure 1. Un demiaccouplement 3 est solidaire en rotation de son extrémité 2. Un -second demi-accouplement 5 est de préférence monté concentriquement au vilebrequin 1, qui est par exemple entraîné en permanence après le démarrage. Ce second demi-accouplement 5 tourne librement par rapport au premier vilebrequin 1 et par suite aussi au premier demi-accouple- ment 3. Ce résultat est par exemple obtenu à l'aide d'un roulement 18, disposé entre le vilebrequin 1 et la circonférence intérieure du second demi-accouplement 5. Ce dernier est monté fixe axialement sur - le vilebrequin 1. Le premier demi-accouplement 3 est mobile axialement sur le pre- mier vilebrequin 1. Cette translation est de préférence produite par un piston 24, de préférence annulaire, et par un roulement 23, appli- qué contre le premier demi-accouplement 3 quand un fluide sous pres- sion, de préférence l'huile de la pompe à huile du moteur, est refou- lée dans une chambre 25 par un distributeur de commande 31. Cette chambre 25, dans laquelle se trouve le piston 24, est formée par les saillies annulaires 27, 28, écartées radialement et prévues sur une pièce 20 concentrique au premier vilebrequin 1. Cette pièce 20 est par exemple solidaire du bloc-cylindres 30 et fixe axialement. Le roulement 23 permet un mouvement relatif entre le piston 24 et le premier demi-accouplement 3. La manoeuvre ou translation du premier demiaccouplement 3 peut toutefois être produite aussi mécaniquement, par la manoeuvre d'un levier par exemple. Il est également conce- vable de prévoir un mécanisme à soufflet de type connu, commandé par un fluide sous pression, pour la manoeuvre du premier demi-accouple- ment. Un mécanisme à friction 14, constitué par des garnitures de friction, est disposé entre un piston 13, solidaire en rotation du second demiaccouplement 5, et la face du premier demi-accouplement 3 en regard du second demi-accouplement 5, pour la fermeture par clabotage de l'accouplement de montée en régime 3, 5. Le piston 13, de préférence annulaire, est logé dans une chambre 12 et peut, pour la fermeture par clabotage de l'accouplement de montée en régime, être amené sur une position prédéterminée quand un comparateur, qui est de préférence une pompe à huile et en particu- lier une pompe à croissant, refoule de l'huile dans la chambre 12, jusqu'à ce que le piston 13 occupe la position représentée sur la figure 1, dans laquelle l'huile pompée dans la chambre 12 peut s'écou- ler par les lumières de sortie d'huile 42 à 45, se trouvant sur les parois axiales 71, 72 de la chambre 12. L'ouvrage "Die Meisterprûfung im KFZ-Handwerk, Grundlagen Fahrwerk Otto-Motor 1, édition 1977" décrit à la page 392 une pompe à croissant, utilisée par exemple comme comparateur, dans la forme de réalisation représentée à la figure i. Pour former cette pompe, un évidement 34 est prévu sur la face du second demi-accouplement en regard du premier demi-accouple- ment. Cet évidement contient la roue extérieure 11, la roue intérieure 17 et le croissant (non représenté). L'évidement 14 est obturé par un couvercle 10, de façon que la partie 47 de la roue intérieure 17 de la pompe, s'étendant vers le vilebrequin 1, sorte de l'évidement 34 de la façon illustrée à la figure 1. Le couvercle 10 comporte en outre une ouverture 48, qui établit la liaison entre la chambre 12 et la sortie de la pompe à croissant. Le trajet d'aspiration d'huile est désigné par 35 à 38 sur la figure 1. De l'huile est aspirée dans le carter, de préférence sur ce trajet, quand une différence existe entre les vitesses du second demi-accouplement 5 et du premier demi-accouplement 3 ou entre d'une part le second demi-accouplement portant la pompe à croissant et le croissant, et d'autre part les roues de pompe intérieure 17 et extérieure 11. L'huile n'est plus refoulée dans la chambre 12 dès que la différence de vitesse est au moins sensiblement nulle. Afin d'éviter un fonctionnement continu de la pompe à croissant, même en régime à charge partielle, un tiroir 15, un accumulateur d'énergie, constitué de préférence par un ressort à boudin 61 et un élément élastique 16 sont prévus. Le tiroir 15 est solidaire en rota- tion du premier demi-accouplement 3 par un dispositif de fixation 62. Ce dernier, constitué par une vis par exemple, est logé dans une ouverture axiale 63. Le ressort à boudin 61, qui prend appui d'une part sur le premier demi-accouplement 3 et d'autre part sur un épau- lement 53 du tiroir 15, repousse ainsi ce dernier en direction de la roue intérieure 17 de la pompe, autant que l'ouverture 63 le permet. Lorsque'le premier demi-accouplement 3 se déplace axialement vers le second demi-accouplement 5, le tiroir 15 suit ce mouvement, sous l'action du ressort à boudin 61, jusqu'à ce que sa surface périphé- rique conique 50 s'applique sur la surface périphérique complémen- taire 51 de la roue intérieure de la pompe, également conique. Par suite de la liaison solidaire en rotation entre le tiroir 15 et le premier demiaccouplement 3, la roue intérieure 17 de la pompe est également mise en rotation. Lorsque le premier demi-accouplement 3 s'éloigne axialement du second demi-accouplement 5, le ressort 16, du type Belleville par exemple, écarte les surfaces coniques 50 et 51 du tiroir 15 et de la roue intérieure 17 de la pompe et coupe ainsi la pompe à croissant. Ce ressort prend appui sur un épaulement 46 de l'arbre 1. Un profil axial 8, 9 est par exemple prévu sur le premier demi- accouplement et un profil conjugué axial 6, 7 sur le second demi- accouplement pour l'engagement par clabotage. Ce profil et ce profil conjugué garantissent le clabotage des deux vilebrequins uniquement sur la position prédéterminée. Afin d'éviter l'engagement soudain et brutal du profil et du profil conjugué lors du clabotage ou pour amortir le "premier choc', et produire un engagement amorti du premier demi-accouplement sur le second demiaccouplement pendant le clabotage, le profil conjugué 6, 7 et/ou le profil 8, 9 peuvent être prévus sur une pièce annulaire par exemple, montée sur le premier demi-accouplement 3 ou le second demi-accouplement 5 de façon à pouvoir tourner d'un angle prédéter- miné par rapport à ce dernier, contre la force d'amortissement exer- cée par un amortisseur de torsion 19, constitué par un ressort à boudin par exemple. Cet amortisseur de torsion 19 est prévu sur le premier demi-accouplement 3 dans le cas de la figure 1. Le fonctionnement du dispositif de débrayage selon l'invention est décrit ci-dessous. Seul le premier vilebrequin 1 est par hypo- thèse entraîné en permanence sur la plage de charge partielle. Afin d'accoupler le second vilebrequin 2 au premier vilebrequin 1 pour le régime à pleine charge, de l'huile est par exemple refoulée d'abord par la pompe à huile du moteur dans la chambre 25, par l'intermédiaire du distributeur 31 et de la lumière 26. Le piston 24 contenu dans cette chambre est ainsi repoussé par l'intermédiaire du roulement 23 contre le premier demi-accouplement 3, qui se déplace ainsi axiale- ment vers le second demi-accouplement 5. Le tiroir 15, relié au premier demi-accouplement 3, met alors la pompe à croissant en service de la façon précédemment décrite. Par suite de la différence existant entre les vitesses du premier vilebrequin 1 et du second vilebrequin 2, la pompe à croissant refoule de l'huile dans la chambre 12, de façon à déplacer le piston 13 vers le premier demi-accouplement 3, jusqu'à ce qu'il dégage les lumières de sortie d'huile 42 à 45, avant qu'un clabotage du profil axial 8, 9 et du profil axial conjugué 6, 7 puisse se produire. Sur cette position du piston 13, le mécanisme à friction 14 produit l'engagement par action de force des demi-accouplements 3 et 5. Il en résulte que le second vilebrequin 6 est accéléré jusqu'à ce que sa vitesse soit au moins sensiblement égale à celle du premier vilebrequin 1. La pompe à croissant ne refoule alors plus d'huile dans la chambre 12, de sorte que le piston 13 est repoussé dans la chambre 12, avec le premier demi-accouplement 3 et le mécanisme de friction 14 disposé entre ce dernier et le piston 13, la liaison par friction étant maintenue. Ce mouvement se poursuit jusqu'au clabotage du profil axial 8, 9 et du profil axial conjugué 6, 7. Pour le désaccouplerment entre le second vilebrequin 2 et le premier vilebrequin 1, le distributeur 31 est actionné de façon à interrompre le refoulement d'huile dans la chambre 25. Le ressort à boudin 61, qui prend appui d'une part sur le second demi-accouple- ment 5 par l'intermédiaire du tiroir 15 et de la roue intérieure 17 de la pompe, et d'autre part sur le premier demi-accouplement 3, éloigne ce dernier du second demi-accouplement 5 de façon à désen- gager le profil 8, 9 et le profil conjugué 6, 7 de clabotage. L'huile se trouvant auparavant dans la chambre 25 est alors refoulée par la lumière 23 et le distributeur 31. Lorsque le demi-accouplement 3 s'éloigne du demi-accouplement pendant le désaccouplement entre le second vilebrequin 2 et le premier vilebrequin 1, la distance entre l'épaulement du tiroir 15 et le premier demiaccouplement 3 augmente aussi, de sorte que la pression exercée par le ressort à boudin 61 sur l'épaulement ou le tiroir 15 diminue jusqu'à ce que la force exercée en sens inverse par le ressort Belleville 16 devienne finalement prépondérante par rap- port à la force exercée par le ressort à boudin 61, mettant ainsi fin à la liaison par friction entre les surfaces coniques 50 et 51. La figure 2 est la coupe schématique d'une pompe à croissant. Les détails de la figure 2 précédemment décrits à l'aide de la figure 1 portent les mêmes repères. Le croissant 70 de la pompe, non représenté sur la figure 1 et disposé entre la roue extérieure 11 et la roue intérieure 17 de la pompe de la façon illustrée à la figure 2, est solidaire en rotation du demi-accouplement 3. Pendant le fonctionnement de la pompe, la roue intérieure 17 et la roue exté- rieure 11 tournent par exemple dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. En cas de différence entre les vitesses de la roue intérieure 17 d'une part et du demi-accouplement 3 et du croissant 70 d'autre part, de l'huile est débitée entre la lumière d'aspiration 38 et la lumière de refoulement 48. Lorsque la différence entre les vitesses de la roue intérieure 17 et du demi-accouplement 3, dont la vitesse est égale à celle du croissant 70, est au moins sensible- ment nulle, le débit d'huile cesse entre la lumière d'aspiration 38 et la lumière de refoulement 48. Le vilebrequin 1 traverse avantageusement une extrémité du carter 30, comme le montre la figure 1, et porte par exemple une poulie 40 utilisable pour l'entraînement d'auxiliaires. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'accouplement de montée en régime est monté sur le premier ou le second arbre à cames. Un débrayage est alors prévu entre les vilebrequins. Pour le fonctionnement à pleine charge, l'accouplement de montée en régime est engagé par action de force, le débrayage étant dégagé. Il en résulte une accélération de l'arbre à cames de l'unité à brancher, et par suite aussi du vilebrequin de ladite unité, dont il est soli- daire en rotation de façon connue. Le débrayage est engagé quand la vitesse du vilebrequin de l'unité à brancher est au moins sensible- ment égale à celle du vilebrequin de l'unité entraînée en permanence pour le fonctionnement à charge partielle, et quand le vilebrequin de l'unité à brancher se trouve dans la position correcte. Un avantage de cette forme de réalisation réside dans ce que dans le cas d'un moteur à quatre temps, un accouplement à l'arbre à cames, dans la position et l'ordre d'allumage corrects, est possible d'une façon par- ticulièrement simple, car l'arbre à cames n'effectue qu'un tour par allumage des cylindres de travail, contrairement au vilebrequin. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. , Revendications 1. Moteur à combustion interne, comprenant un dispositif de débrayage pour l'accouplement et le désaccouplement d'un premier vilebrequin d'une première unité du moteur et d'au moins un second vilebrequin d'une seconde unité du moteur, à l'aide d'un accouplement de montée en régime qui permet l'accélération du second vilebrequin par le pre- mier, puis sa liaison avec ce dernier quand la vitesse du second vilebrequin est au moins sensiblement égale à celle du premier, ledit moteur étant caractérisé en ce que le premier vilebrequin (1) est parallèle au second vilebrequin 2. 2. Moteur selon revendication 1, caractérisé par un arbre à cames en parallèle-avec chacun des vilebrequins (1, 2) disposés parallèle- ment dans un carter (30) commun. 3. Moteur selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la liaison peut ètre établie quand le second vilebrequin (2) pré- sente une position prédéterminée par rapport au premier vilebrequin (1). 4. Moteur selon une quelconque des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que la liaison est établie par clabotage, après un engage- ment par action de force. 5. Moteur selon revendication 4, caractérisé par un mécanisme (11, 12, 13, 15, 16, 17, 34) qui engage l'accouplement de montée en régime (3, 5) par engagement de force et actionne automatiquement un clabot (6, 7, 8, 9) quand les vitesses du premier (1) et du second vilebrequin (2) sont au moins sensiblement égales et le second vilebrequin (2) présente la position prédéterminée par rapport au premier vilebrequin (1) 6. Moteur selon revendication 5, caractérisé en ce que le mécanisme utilisé est un comparateur, qui manoeuvre l'accouplement de montée en régime (3, 5) en cas de différence entre les vitesses du premier (1) et du second vilebrequin (2). 7. Moteur selon revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le com- parateur est une pompe à huile, qui refoule de l'huile dans une chambre (12) par un trajet d'aspiration (35-38), en cas de diffé- rence entre les vitesses des vilebrequins; et un piston (13), solidaire en rotation du demi-accouplement (5) de montée en régime à accélérer et mobile axialement, se déplace de façon à engager l'ac- couplement de montée en régime (3, 5). 8. Moteur selon revendication 7, caractérisé en ce que la pompe à huile est une pompe à croissant connue, dont la lumière de refoule- ment (48) est reliée à la chambre (12) et la lumière d'aspiration (38) au trajet d'aspiration d'huile (35-37). 9. Moteur selon une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la roue dentée excentrique (17) de la pompe à croissant peut être reliée au premier vilebrequin (1). 10. Moteur selon revendication 9, caractérisé en ce qu'un tiroir (15) est solidaire en rotation du demi-accouplement (3) solidaire en rota- tion du premier vilebrequin (1); et le tiroir (15) est chargé, par un accumulateur d'énergie (61) prenant appui sur le demi-accouplement (3) solidaire en rotation du premier vilebrequin (1), et mobile axialement vers la roue dentée excentrique (17), qu'il entraîne par friction quand le demi-accouplement (3) solidaire en rotation du pre- mier vilebrequin (1) se déplace vers le demi-accouplement (5) à accélérer. 11. Moteur selon revendication 10, caractérisé par un ressort (16), qui charge le tiroir (15) contre la force exercée par l'accumulateur d'énergie (61). 12. Moteur selon une quelconque des revendications 1 à 11, caracté- risé en ce que le demi-accouplement (3) solidaire en rotation du premier vilebrequin (1) est déplacé axialement vers le piston (13) par un dispositif de manoeuvre; le piston (13) est solidaire en rota- tion du demi-accouplement (5) à accélérer; un mécanisme à friction (14) est disposé entre le piston (13) et le demi-accouplement (3) solidaire en rotation du premier vilebrequin (1); le piston (13), le mécanisme à friction (14) et le demi-accouplement (3) solidaire en rotation du premier vilebrequin (1) forment l'accouplement de montée en régime; et lors de l'engagement par clabotage de l'accou- plement de montée en régime, la pompe refoule de l'huile dans la chambre (12) de façon que le piston (13) se trouve sur une position dans laquelle une liaison des vilebrequins par clabotage est interdite. 13. Moteur selon revendication 12, carattérisé en ce qu'une paroi (71, 72) axiale au moins de la chambre (12) comporte une lumière (42-45) au moins pour la détermination de la position du piston. 14. Moteur selon une quelconque des revendications 5 à 13, carac- térisé en ce que le mécanisme de clabotage est constitué par un profil axial (8, 9) au moins sur le demi-accouplement (5) à accé- lérer et un profil axial conjugué (6, 7) sur le demi-accouplement (3) solidaire du premier vilebrequin (1), lesdits profils pouvant s'engager par clabotage sur la position prédéterminée du second vilebrequin. 15. Moteur selon revendication 14, caractérisé en ce que le profil axial (8, 9) et/ou le profil conjugué axial (6, 7) peuvent tourner chacun d'un angle prédéterminé par rapport à leur demi-accouplement (3, 5) respectif, contre la force exercée par un amortisseur de torsion (19). 16. Moteur selon une quelconque des revendications 1 à 15, caracté- risé en ce que l'accouplement de montée en régime (3, 5) est monté sur le premier ou le second arbre à cames; un débrayage s'engageant par clahotage est disposé entre le premier et le second vilebrequin; -et le débrayage s'engage quand les vitesses du premier et du second arbre à cames sont au moins sensiblement égales. 17. Moteur selon revendication 16, caractérisé en ce que le débrayage s'engage quand le second vilebrequin présente la position correcte par rapport au premier vilebrequin.