Brevet FR2491134A1 — publié le 19820402

La demande croissante qui se manifeste pour une économie de carburant, un poids léger et l'adaptibilité à une production en grande série de moteurs de véhicules exige de reconsidé- rer les concepts de base, les systèmes modulaires et la sélection des matériaux. On désire en particulier pouvoir produire des moteurs comprenant un nombre variable de cylindres en utilisant un nombre limité de composants de base, ces moteurs devant être installés dans des véhicules de types et de dimensions différents et conçus pour des charges variées. Une réduction du poids du moteur a une influence sur le plan économique et on peut l'obtenir en utilisant des métaux légers et/ou des matériaux composites et céramiques pour constituer les parties principales du moteur. Les matériaux céramiques autorisent une charge thermique élevée mais exigent des mesures spéciales pour l'assemblage des divers composants. L'objet de la présente invention est de proposer un moteur de véhicule qui, tout en comprenant un nombre limité de composants de base, puisse être facilement adapté à une faible consommation d'énergie du véhicule, et qui puisse être de faible poids sous un faible volume, et convienne à une charge thermique élevée. Un moteur de véhicule selon l'invention est composé de blocs comprenant au moins un cylindre et comportant sur ses faces terminales des dispositifs de fixation similaires disposés symétriquement par rapport à un plan central médian, les transmissions et les dispositifs auxiliaires associés au moteur étant rassemblés dans au moins un carter prévu avec des dispositifs de fixation similaires. De préférence, le moteur est constitué par un bloc comprenant un nombre pair de cylindres et un bloc comprenant un nombre impair de cylindres, par exemple deux et trois cylindres respectivement qui, en dehors de combinaisons de 2+2 et de 3+3, permet d'établir des combinaisons comprenant un nombre total impair de cylindres. Les blocs peuvent être reliés directement les uns aux autres, le carter comprenant les dispositifs auxiliaires étant alors relié à l'extrémité libre de l'un des blocs, alors qu'un carter destiné à la transmission d'un arbre de sortie est relié à l'extrémité libre de l'autre bloc. En variante, on peut interconnecter les blocs au moyen d'un carter comprenant une transmission reliée à un arbre de sortie. Le carter de transmission peut alors comprendre des embrayages permettant de relier sélectivement les vilebre- quins des deux blocs à l'arbre de sortie. De préférence, on relie le bloc comprenant le nombre plus élevé de cylindres à l'arbre de sortie par l'intermé- diaire d'un convertisseur de couple. Quand les blocs sont fabriqués en grande partie avec un matériau composite ou céramique, fermés vers le haut par des couvercles qui sont également en un matériau composite ou céramique et munis de conduites d'admission et d'échappement commandées par des soupapes, les culasses sont de préférence retenues sur les blocs qui leur sont associés au moyen de boulons d'ancrage s'étendant à l'intérieur du carter de vilebrequin et dont les extrémités supérieures sont fixées à une plaque distributrice de pression portant les mécanismes de commande des soupapes du bloc associé. Le dispositif de fixation peut être disposé de manière que les blocs soient reliés rigidement les uns aux autres et que les carters de transmission et des dispositifs auxiliai- res soient fixés soit de façon amovible au moyen de vis soit de façon permanente au moyen de colles. L'invention sera maintenant décrite avec référence aux dessins ci-annexés. La figure 1 montre schématiquement deux blocs comprenant respectivement deux et trois cylindres et la manière dont ces blocs peuvent être disposés. La figure 2 représente des blocs à deux et trois cylin- dres comprenant deux types différents de carter de trans- mission. La figure 3 illustre schématiquement différents modes d'assemblage des blocs de cylindre. 24 91134 La figure 4 est une vue en perspective d'un bloc à deux cylindres. La figure 5 est une vue en coupe d'un moteur constitué par des blocs selon la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe d'un carter de trans- mission fixé entre deux blocs moteurs. Les figures 7 et 8 sont des vues latérales de moteurs constitués par des blocs comprenant respectivement deux et trois cylindres. La figure 9 montre des moyens pour relier les vilebre- quins et/ou les composants de transmission. La figure 10 est une vue en coupe selon la ligne X-X passant par l'un des vilebrequins de la figure 9. La figure Il montre une façon différente de relier les extrémités de deux vilebrequins. La figure 12 est une vue en bout d'un connecteur. La figure 13 représente un organe de transmission qui dirige l'eau de refroidissement d'un bloc au bloc adjacent. La figure 14 montre une disposition pour interconnecter les extrémités des vilebrequins. La figure 15 est une vue schématique d'un moteur selon l'invention, comprenant un arbre de transmission de puissan- ce disposé parallèlement au vilebrequin. De préférence, les blocs moteurs comprennent respective- ment deux ou trois cylindres, ce qui permet d'obtenir un nombre satisfaisant de variantes pour couvrir les besoins ordinaires de puissance. Fondamentalement, il est naturelle- ment possible de fonctionner avec des blocs à un cylindre, mais ceci exige un travail important de fixation. Il est également possible d'envisager des blocs à quatre cylindres, quand on a en vue des puissances de sortie assez élevées. On peut cependant obtenir une rationalisation substan- tielle en utilisant un cylindre ayant un diamètre et une course de piston standards, et en prévoyant des sorties de moteurs différentes par combinaison de blocs, ce qui rend le moteur apte à être installé de manières diverses en étant monté transversalement ou longitudinalement, à l'extrémité avant ou arrière du véhicule, ou entre les roues d'un véhicule à quatre roues motrices. Les blocs moteurs et les carters de transmission peuvent être coulés en métal léger ou formés en un matériau cérami- que ou composite, ce qui permet d'obtenir un poids léger et la capacité de résister à des chocs thermiques. La figure 1 représente un bloc à deux cylindres 10 et un bloc à trois cylindres 11 et montre comment ces blocs peuvent être combinés de manière à obtenir le nombre total de cylin- dres requis pour le moteur. On obtient quatre cylindres en combinant deux blocs à deux cylindres 10. On peut obtenir six cylindres avec deux blocs 11, ou avec trois blocs 10. On peut obtenir cinq cylindres en combinant un bloc de chaque type. Naturellement, on peut avoir un nombre total de cylin- dres supérieur à six., ce qui est rarement demandé. La partie de droite de la figure 1 représente des blocs collés les uns aux autres. La figure 2 représente respectivement les blocs moteurs et 11 et respectivement les carters de transmission 12 et 13. On préfère les carters 12 quand les blocs sont disposés côte à côte et les carters 13 quand les blocs sont en ali- gnement. La figure 3 représente diverses combinaisons de blocs moteurs et de carters de transmission. La rangée supérieure montre des combinaisons de blocs 10 comportant des carters de transmission 12 alors que les deux rangées inférieures représentent des combinaisons de blocs 10 et 11 avec des carters de transmission 13. La figure 4 représente un bloc à deux cylindres 10 avec des chemises de cylindre 20 en place, entourés par des espaces d'eau de refroidissement (non représentés). Les deux faces terminales du bloc sont pourvues de dispositifs de fixation 21 destinés à leur jonction à un bloc adjacent, ou à un carter de transmission 12 ou 13 comprenant des moyens de fixation similaires. Les moyens de fixation 21 qui sont prévus pour des boulons traversants ou des inserts sont disposés symétriquement par rapport à un plan médian longi- tudinal vertical passant par le bloc. Sa partie inférieure est adaptée de façon classique pour être fixée à un carter à 24 91134 huile. En conjonction avec la partie supérieure du palier de vilebrequin à chaque extrémité du bloc est prévu un guide 22, concentrique à l'axe du vilebrequin, destiné à un connec- teur (qui sera décrit en détail avec référence à la figure 12), et dans la partie supérieure de chaque face terminale est prévu un autre guide 23 destiné au positionnement exact des blocs les uns par rapport aux autres. Le guide 23 peut être de préférence un trou borgne dans lequel on fixe un manchon de guidage ou une cheville. Un certain nombre de trous 24 sont prévus sur les faces terminales du bloc pour communiquer avec les espaces de refroidissement à l'eau des blocs juxtaposés. Le transfert de l'huile de lubrification peut être prévu de la même manière. La liaison entre deux blocs adjacents peut être prévue comme représenté à la figure 13. On peut obturer de toute manière quelconque les trous tournés en direction des carters de transmission qui n'ont pas besoin d'être alimen- tés en eau de refroidissement ou en huile de lubrification. La figure 5 représente une coupe d'un moteur comprenant des blocs de type 10 ou de type 11 selon l'invention. Les blocs sont maintenus au moyen de boulons 25 qui passent par les trous des dispositifs de fixation 21. Le piston 26 et la bielle 27 sont de tout type connu quelconque, et le vilebre- quin est désigné en 28. Un carter à huile 29 est monté en dessous du bloc. Des chemises de cylindre séparées 30 sont fixées dans les blocs et entourées par les espaces d'eau de refroidissement 31. Tout comme les chemises, les couvercles et les soupapes, les pistons sont fabriqués en des matériaux composites ou céramiques lorsqu'il s'agit de moteurs soumis à de fortes charges. Les cylindres sont fermés par une culasse 32, qui est fabriquéedans ce cas en un matériau céramique qui comprend les soupapes d'admission et d'échappement dont seule la soupape 33 et une conduite 34 sont visibles sur la coupe représentée. Les culasses des cylindres peuvent couvrir des blocs séparés, mais quand les blocs sont fixés directement en alignement les uns avec les autres, on peut utiliser une culasse unique s'étendant sur les deux blocs. Le matériau céramique présente de nombreux avantages concernant sa capacité à résister à des températures élevées et concernant également son poids léger, mais il ne convient pas tellement à la fixation par des boulons ni pour résister aux pressions de la combustion. On fixe sur le dessus de la culasse de céramique une plaque 35 en un matériau métallique qui est fixée au moyen de boulons 36 et qui retient la culasse sur les blocs 10 ou 11 respectivement. La plaque 35 est pourvue de consoles supportant un arbre à cames 37 et les culbuteurs 38 qui actionnenent les soupa- pes 33. Pour que des moteurs à deux cylindres tournent réguliè- rement, on utilise souvent des arbres pourvus de poids d'équilibrage et entraînés par le vilebrequin. Deux arbres de ce type sont indiqués en 39 sur la figure 5, les arbres passant par des passages indiqués en tiretés à la figure 4. Pour réduire la consommation de carburant, on peut couper l'alimentation de certains cylindres en fonction des besoins occasionnels et il peut être alors avantageux d'inter- connecter deux blocs moteurs au moyen d'un carter de trans- mission intermédiaire du type 13. La figure 6 représente un carter de transmission 13 disposé entre un bloc 10 et un bloc 11, c'est-à-dire respec- tivement à deux et trois cylindres. Les vilebrequins associés sont désignés respectivement en 28a et 28b. Les engrenages réducteurs et inverseurs qui sont reliés à l'arbre de sortie 40 disposés dans un enserible 41 pouvant aussi contenir un convertisseur de couple et le différentiel destiné à un véhicule à roues avant motrices o la puissance est transmise au moyen d'un arbre creux 42 est indiqué en 43. La transmission de la puissance est obtenue au moyen d'une transmission à chaîne ou courroie 44. L'organe d'en- traînement 45 fait partie des carters 46 et 47 dans lesquels sont disposés deux embrayages et deux roues libres 46a et 47a. Le vilebrequin 28a est relié à un arbre central 48 qui porte un disque d'accouplement 48a et la roue libre 46a qui coopère avec le carter 46, et elle est prolongée par un 2491 134 embout tournant librement et traversant l'autre carter d'embrayage 47. Le vilebrequin 28b est relié à un convertisseur de couple 49 de type connu quelconque, comprenant un disque d'embrayage 50. Un arbre 51 qui lui est fixé entoure l'arbre 48 et peut coopérer au moyen d'une roue libre 52 avec les carters d'embrayage, et peut coopérer en outre par un disque d'embrayage 53 directement avec le carter d'embrayage 47. La fermeture ou l'ouverture des embrayages 46/48a et 47/53 peut être manuelle ou automatique, par exemple en réponse à une mini-calculatrice quand la sortie de puissance varie en fonction des conditions de la route, etc. Dans ce mode de réalisation, le moteur à trois cylindres est utilisé comme moteur de base et le moteur à deux cylindres comme moteur'auxiliaire quand on a besoin de plus de puissance. Naturellement, ce dernier peut être utilisé seul pendant des durées prolongées de ralenti, ou pour fonctionner à charge réduite. La figure 7 représente un moteur comprenant un bloc 10 et un bloc 11 qui sont reliés directement l'un à l'autre. Un carter de transmission 60 est fixé à une extrémité du bloc 11 et il est relié au moyen d'un engrenage inverseur 61 à l'arbre de sortie 62. A l'extrémité opposée du bloc moteur commun est fixé un second carter de transmission 63 à partir duquel sont entraînés les dispositifs auxiliaires classiques tels que la pomFe d'eau de refroidissement 64, le ventila- teur de refroidissement 65, un générateur électrique (non représenté), etc. Les blocs moteurs et les carters de trans- mission sont maintenus au moyen des dispositifs de fixation 21 à la manière précédemment décrite. Un compresseur de suralimentation 67 de type connu est fixé sur la conduite d'échappement 66 du moteur et fournit de l'air au collecteur d'admission (non représenté). Le dessin montre en outre les boulons d'ancrage 36 qui retiennent les culasses. La figure 8 représente une disposition convenant à un véhicule à roues avant motrices o les blocs moteurs 10 et il sont disposés sur les côtés opposés d'une transmission , qui est reliée par l'intermédiaire d'un engrenage inverseur 71 aux arbres de sortie 72, 73. A chaque extrémité externe des deux blocs 10 et il sont prévus respectivement des carters de transmission 74 et 75 dans lesquels sont disposés des engrenages destinés aux dispositifs auxiliaires nécessai- res à chaque bloc. On-peut obtenir une coordination de l'entraînement des dispositifs auxiliaires comme cela sera décrit avec référence à la figure 14. Le ventilateur de refroidissement 76 (indiqué en tiretés) peut être entraîné mécaniquement ou au moyen d'un moteur électrique relié directement au ventilateur. Les conduites d'échappement 78a, 78b provenant des cylindres des deux blocs sont reliées à un compresseur de suralimentation 79 disposé entre les blocs au-dessus de la transmission 70. Les dispositifs de fixation permettant de relier les blocs et le carter de transmission sont indiqués comme précédemment en 21. Quand on désire fixer deux blocs l'un à l'autre, un centrage soigneux est nécessaire pour les blocs comme pour les arbres disposés à l'intérieur. Les figures 9 et 10 montrent une disposition pour joindre les extrémités des deux vilebrequins et leur montage dans les blocs, dont les parois d'extrémité sont indiquées en 80 et 81 à la figure 9. Les extrémités des deux vilebrequins 82 et 83 sont montées de la façon habituelle dans des paliers à bagues de roule- ment 84 fixés dans un organe de centrage annulaire 85 qui, de son côté, est maintenu en place par un chapeau de support inférieur 86. La partie terminale du vilebrequin 82 est pourvue d'un évidement pour la fixation d'un tourillon 87 mobile axiale- ment et de section polygonale (voir figure 10) qui, pendant le montage, est poussé partiellement dans un évidement correspondant 88 pratiqué dans la partie terminale de l'au- tre vilebrequin 83. Ceci permet d'obtenir une position angulaire précise entre les vilebrequins, et évite efficace- ment tout glissement en utilisation. La figure 11 représente une modification de la liaison des vilebrequins. Les parois terminales des blocs sont indiquées en 90 et 91 et les vilebrequins en 92 et 93. Dans chaque paroi terminale 90, 91 est prévue une gorge semi- circulaire 94, 95 qui est exactement concentrique à l'axe du vilebrequin. Le vilebrequin est supporté de la manière habituelle dans des bagues de roulement 96 qui sont mainte- nues par des chapeaux de support inférieurs 97, 98. Ces derniers sont pourvus dans leurs faces terminales juxtaposées de gorges semicirculaires 99, 100, qui sont également concentriques à l'axe du vilebrequin. Un organe de centrage annulaire 101 est fixé pendant le montage dans les gorges semi-circulaires respectives 94/99 et 95/100. Les extrémités des vilebrequins sont pourvues d'évide- ments 102, 103, de section polygonale, et formés de manière que les vilebrequins soient amenés dans une position angulai- re correcte l'un par rapport à l'autre. Un joint creux et fendu 104 - dont une vue terminale est représentée à la figure 12 - est fixé dans l'évidement. Le passage traversant pratiqué dans ce joint a des parties terminales dirigées en oblique vers l'intérieur, et un organe de dilatation comprenant deux organes coniques 106 et 107 et un dispositif à vis et écrou 108 est fixé dans le passage. De manière classique, le vilebrequin comprend un alésage traversant dans son axe, ce qui permet l'introduction du joint 104 en direction axiale du vilebrequin. En variante, les parties terminales du vilebrequin peuvent être pourvues d'évidements polygonaux de plus grande dimension que l'alésage traversant et au moins l'un d'entre eux ayant une longueur correspondant à deux fois la longueur du joint, de manière à recevoir complètement ce joint qui est ensuite déplacé et disposé à moitié dans chacun des deux vilebrequins, et fixé par serra- ge du dispositif à vis et écrou. Un dispositif permettant de transférer l'eau de refroidis- sement entre les deux blocs est représenté à la figure 13. Les parois terminales des blocs sont indiquées en 106 et 107 et un organe tubulaire 110 est fixé dans des alésages corres- pondants 109, 109a pratiqués dans les parois terminales. L'organe tubulaire 110 est de préférence fixé au moyen de bagues de serrage 112. Le passage central 111 permet le passage de l'eau de refroidissement, et des bagues d'étanchéité externes évitent toute fuite. La figure représente également les dispositifs de fixation 21a qui permettent un collage mutuel des blocs. Dans de nombreuses occasions, il peut suffire de faire fonctionner l'un seulement des blocs moteurs interconnectés, alors que l'autre est à l'arrêt. Il peut alors être avanta- geux d'interconnecter les extrémités des vilebrequins par des embrayages débrayables, mais il est également possible de fixer une roue libre entre les deux extrémités des vile- brequins. La figure 14 représente une telle disposition. Les vilebrequins sont désignés en 115 et 116, l'un d'entre eux étant pourvu d'un insert 117 de section polygonale et pourvu d'un tourillon en saillie 118. Le vilebrequin opposé comprend un insert tubulaire 119 dans un évidement et il est consti- tué comme la voie de roulement externe d'un palier. Le tourillon 118 sert de voie de roulement interne et on prévoit entre les voies de roulement, de manière classique, un certain nombre d'organes roulants 120. Dans le mode de réalisation représenté, il existe deux jeux d'organes rou- lants pour en augmenter la capacité de support. La figure 15 représente schématiquement un moteur consti- tué par deux blocs différents 10 et 11, c'est-à-dire compre- nant cinq cylindres en tout. Un carter de transmission 125 est fixé à une extrémité du moteur en conjonction avec l'arbre de sortie de puissance 126 et un second carter de transmission 127, auquel sont reliés les dispositifs auxi- liaires 128 du moteur, est disposé à l'extrémité opposée du moteur. Les vilebrequins 129 et 130 ne sont pas reliés dans ce cas l'un à l'autre, mais ils peuvent être reliés au moyen d'un embrayage à double roue libre selon la figure 14. Les cylindres des deux blocs fonctionnent ensemble quand le moteur est soumis à une forte charge, mais quand la charge est partielle il est souhaitable de pouvoir conduire avec les cylidnres de l'un ou l'autre des blocs 10 ou 11. Un arbre additionnel 131a, b est donc prévu parallèlement aux vilebrequins. Les parties de l'arbre 131 sont reliées de façon rigide. 249 1134 Le bloc 10 peut entraîner directement les dispositifs auxiliaires 128 et transférer sa sortie à l'arbre 126 au moyen de l'arbre 131 et de la transmission 125, alors que le bloc moteur il entraîne l'arbre de sortie au moyen de la transmission 125, et les dispositifs auxiliaires 128 par l'intermédiaire de cette dernière et de l'arbre 131. Des roues libres et/ou des accouplements débrayables 132 et 133 sont prévus entre les blocs moteurs et les transmissions adjacentes. Il est difficile d'obtenir un fonctionnement régulier de moteurs à deux cylindres et ces moteurs sont souvent pourvus de moyens d'équilibrage comprenant au moins un arbre rotatif 134 entraîné par le vilebrequin et portant des poids d'équi- librage 135. L'arbre 131 peut être éventuellement conçu sous forme d'arbres d'équilibrage, mais un arbre à came renforcé peut également servir dans ce but. Les modes de réalisation décrits ci-dessus et représen- tés sur les dessins ne sont que des exemples de l'invention et les composants qui en font partie peuvent être modifiés de diverses manières tout en restant dans le champ d'appli- cation des revendications annexées. 249 1134 REVENDICATIONS 1. Moteur de véhicule comprenant un nombre arbitraire de cylindres disposés en ligne, caractérisé en ce que le mo- teur est constitué par des blocs (10, 11) chacun comprenant au moins un cylindre (20), et comportant sur ses faces termi- nales des dispositifs de fixation (21) mutuellement similai- res et disposés symétriquement par rapport à un plan médian vertical, et en ce que les transmissions et les dispositifs auxiliaires (64, 65, 115) associés au moteur sont rassemblés dans au moins un carter (12, 13;60,63; 70, 74, 75) pourvu de dispositifs de fixation similaires (21). 2 - Moteur de véhicule selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le moteur comprend un bloc (10) comportant un nombre pair de cylindres et un bloc (11) comportant un nombre impair de cylindres. 3 - Moteur de véhicule selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les blocs (10, 11) sont reliés directement l'un à l'autre et en ce que le carter (63) com- prenant les dispositifs auxiliaires est relié à l'extrémité libre de l'un des blocs, et en ce qu'un carter (60) destiné à une transmission vers un arbre de sortie (62) est relié à l'extrémité libre de l'autre bloc. 4 - Moteur de véhicule selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les blocs (10, 11) sont inter- connectés au moyen d'un carter (13, 70) comprenant une trans- mission vers un arbre de sortie. - Moteur de véhicule selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le carter de transmission (13,70) comprend des embrayages (46, 47) pour connecter sélectivement les vilebrequins (28a, 28b) dans les deux blocs (10, 11) avec l'arbre de sortie. 6 - Moteur de véhicule selon la revendication 5, en dépendance avec la revendication 2, caractérisé en ce que le bloc (11) comprenant le nombre le plus élevé de cylindres est connecté à l'arbre de sortie (40) au moyen d'un conver- tisseur de couple. 7 - Moteur de véhicule selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les blocs (10,11) sont fabriqués f491134 essentiellement en un matériau composite ou céramique, et sont fermés vers le haut par des culasses (32) qui sont éga- lement en un matériau composite ou céramique, et pourvus de conduites d'admission et d'échappement commandées par des soupapes (33), les culasses (32) étant retenues sur les blocs associés au moyen de boulons d'ancrage (36) fixés dans les blocs, les extrémités supérieures des boulons étant fixées à une plaque distributrice de pression (35) portant des engre- nages (37, 38) actionnant les soupapes du bloc associé. 8 - Moteur de véhicule selon l'une des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que les dispositifs de fixa- tion (21) sont prévus pour recevoir des organes à vis (25). 9 - Moteur de véhicule selon l'une des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que les dispositifs de fixa- tion (21a) sont prévus pour interconnecter les blocs par col- lage. - Moteur de véhicule selon l'une des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce que les blocs (10, 11) sont aptes à permettre l'interconnexion des extrémités de vile- brequins associés au moyen de connecteurs polygonaux (87,104) et/ou de roues libres ou de paliers(118-120). il - Moteur de véhicule selon l'une des revendica- tions 1 à 10, caractérisé en ce que les blocs (10, 11) sont conçus pour supporter au moins un arbre d'équilibrage (39,135) disposé parallèlement au vilebrequin. 12 - Moteur de véhicule selon l'une des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que la transmission avec les dispositifs auxiliaires associés (128) comprend des roues li- bres et/ou des embrayages (132, 136) permettant le fonctionne- ment à partir de l'un quelconque des blocs (10, 11).