Brevet FR2510186A1 — publié le 19830128

Les moteurs à combustion interne utilisés dans des véhicules ont en général une puissance de sortie trop élevée que l'on considère nécessaire pour faire face aux pointes de charge apparaissant lors de dépassements, d'accé- lérations rapides et de conduite en montée Ceci signifie que le moteur, pendant une partie importante de sa vie, travaille en charge partielle, le résultat étant un faible rendement et une consommation de carburant d'autant plus élevée. On a proposé divers procédés pour réduire la consomma- tion de carburant, dont plusieurs comprennent des moyens pour couper, en charge partielle, l'alimentation en carbu- rant de certains cylindres, et/ou pour déconnecter l'entraî- nement des soupapes d'admission et/ou d'échappement de certains cylindres Ceci exige un dispositif de commande compliqué et sensible, et a pour résultat un système mécani- que présentant des risques élevés de défaillances, sans compter les pertes par frottement élevées dans les mécanis- mes à manivelles qui sont associés au cylindre, ou aux cylindres, occasionnellement coupé(s), mais qui continuent à suivre la rotation du vilebrequin Il existe aussi un risque évident de fonctionnement insatisfaisant d'un moteur dont l'allumage ne s'effectue pas dans tous les cylindres, de même que d'une usure plus forte La possibilité de couper certains cylindres résulte cependant en un taux d'émission plus faible des gaz d'échappement, du fait que les cylindres restants continuent à fonctionner dans des conditions de charge normales. Le but de la présente invention est de proposer une disposition simple, robuste et efficace pour un moteur à combustion interne comprenant un certain nombre de cylin- dres disposés au moins sur une ligne, et comportant un système d'alimentation en carburant permettant la coupure de certains cylindres. L'invention est caractérisée en ce que le vilebrequin 10186 du moteur est divisé en au moins ceux sections, en ce qu'au moins un cylindre de la ligne ou de chaque ligne n'a pas de piston ni de bielle associée, et en ce que certains compo- sants du système de transmission du moteur sont logés dans le cylindre sans piston,-et reliés aux sections du vile- brequin. Les composants peuvent comprendre un accouplement débrayable et adapté pour interconnecter à volonté les sections du vilebrequin mais qui peuvent en variante, ou en combinaison, comprendre des moyens d'entraînement de l'ar- bre à cames du moteur. Quand il s'agit d'un moteur du type en V, il est possi- ble d'éliminer le piston d'un cylindre de chaque rangée. Une machine à fluide sous pression du type capable de fonctionner en tant que pompe ou de moteur peut être dispo- sée dans chacun de ces cylindres sans piston, lesdites machines étant chacune reliée de manière à entraîner l'une desdites sections du vilebrequin qui est concernée, et étant en outre interconnectées par des conduites de trans- fert de fluide. En variante, on peut monter un compresseur d'air dans le cylindre sans piston Le compresseur est refroidi par l'eau de refroidissement du moteur, et quand une machine hydraulique est montée dans le cylindre, la température du fluide hydraulique est maintenue à un niveau correct par l'eau de refroidissement. Les extrémités des sections du vilebrequin portent de préférence des pignons coniques destinés à venir en prise avec des moyens d'entraînement des composants montés dans le cylindre lui-même et éventuellement aussi avec des engrenages droits qui font partie d'une transmission allant à l'arbre de sortie. L'invention sera décrite ci-dessous avec référence aux dessins annexés. La figure 1 représente un moteur en V standard transfor- mé selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe schématique du moteur de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une partie au moteur de la figure i. La figure 4 représente schématiquement l'installation d'un moteur d'un type quelconque dans un véhicule. La figure 5 est une coupe longitudinale du moteur de la figure 4. La figure 6 représente une variante du dispositif d'entraînement d'un moteur du même type que celui représen- té à la figure 5. La figure 7 est une coupe longitudinale d'un moteur o un embrayage à lamelles ou disques qui relie les sections du vilebrequin est monté dans le cylindré sans piston. La figure 8 représente le même moteur que la figure 7, mais avec un compresseur d'air monté dans le cylindre sans piston. La figure 9 représente le même moteur que celui de la figure 7, mais avec des moyens pour entraîner les vilebre- quins montés dans le cylindre sans piston, et comportant une transmission vers l'arbre de sortie fixé entre les deux sections de vilebrequin. Les figures 4 à 8 représentent des moteurs comportant des cylindres montés en ligne, mais il est clair que les dispositions représentées peuvent également être utilisées pour des moteurs en V, o le piston d'un cylindre de chaque rangée a été éliminé. Quand le bloc moteur est adapté pour recevoir des chemises de cylindre séparées, certains composants destinés à être fixés dans un cylindre sans piston machines hydrau- liques, compresseurs d'air ou embrayages sont de préfé- rence constitués de manière que la surface de leur envelop- pe externe corresponde à celle d'une chemise de cylindre. Le composant en question est alors correctement balayé par l'eau de refroidissement et est "conditionné" rapidement à une température de fonctionnement appropriée. La figure 1 montre très schématiquement un moteur en V à huit cylindres 10, de conception habituelle Le piston et la bielle qui lui est associée ont été éliminés d'un cylindre lla, b de chaque rangée, et l'espace vide du cylindre a été utilisé pour y monter d'autres composants du iqoeul- L' vl CU Lyi es L dnv sé ien deux sections de la manière qui sera décrite avec référence à la figure 3 On peut ainsi obtenir un moteur en V à deux cylindres compre- nant les cylindres 12 a, b, et un moteur en V à quatre cylindres comprenant les cylindres 13 a, b et 14 a, b. Le moteur est équipé d'une installation à compresseur de suralimentation à turbine entraînée par les gaz d'échap- pement, et les collecteurs d'admission d'air 16 a, b sont munis de moyens d'injection de carburant 17 de conception connue Ces derniers sont reliés à un dispositif de'surveil- lance 18 qui permet de diriger l'alimentation en carburant soit vers le groupe de cylindres 12 a, b, soit vers le groupe 13 a, b + 14 a, b, soit aux deux groupes simultanément, ce qui permet, pour chaque condition du fonctionnement, de prélever en sortie seulement la puissance approximativement nécessaire. Des machines à fluide sous pression 19, du type fonc- tionnant arbitrairement en tant que pompes ou en tant que moteurs, sont montées dans les cylindres sans piston lia, b Ces machines peuvent être d'un type connu quelconque, par exemple du type à vis, à aubes ou à plateau isolant. Lorsqu'elles sont montées à l'intérieur du cylindre, le fluide sous pression est rapidement chauffé au démarrage et est ensuite maintenu à une température de fonctionnement correcte. Les machines 19 sont interconnectées par les conduites , 21, dans lesquelles une ou plusieurs soupapes 22 sont montées pour commander le branchement ou la coupure des machines, la direction du courant, la pression du fluide, etc. Les figures 2 et 3 montrent comment les machines 19 sont entraînées par le vilebrequin 23 Ce dernier est divisé en deux sections 23 a, b adjacentes aux cylindres 11. Chaque section du vilebrequin comprend un pignon conique 24 a, b. Chaque pignon conique engrène avec un autre pignon conique 25 a, b des arbres d'entraînement des machines à fluide sous pression Les cylindres lia, b sont, comme cela est normal pour les moteurs en V, décalés l'un par rapport à l'autre en direction longitudinale du moteur, et ils sont par ailleurs disposés de manière à former un certain angle l'un par rapport à l'autre Il est ainsi possible, par une sélection correcte des diamètres externes des engrenages 24 et 25 d'éviter une collision entre les entraînements des deux machines à fluide sous pression 19. Un ajustement au niveau de la soupape 22 fournit la possibilité de couper les cylindres 12 a, 12 b La machine à fluide sous pression 19 a est entrainée par la section 23 a du vilebrequin, et son entrée et sa sortie peuvent être reliées directement par la soupape 22 Eventuellement, le fluide sous pression peut être drainé de la machine pendant cette opération Quand les deux machines 19 a, b sont inter- connectées, le couple est transmis de la section 23 b du vilebrequin à la section 23 a du vilebrequin par l'intermé- diaire du système hydraulique en marche normale, de même que lors du freinage par moteur. Selon l'endroit o la transmission de sortie est située, il est possible de faire en sorte que seuls les deux cylin- dres 12 a, b restent en fonctionnement en faible charge, alors que les cylindres 13 a, b et 14 a, b sont coupés. Les dessins montrent un moteur à huit cylindres, mais l'invention peut également être utilisée avec des moteurs à six cylindres, auquel cas il est possible d'obtenir deux plus deux cylindres en fonctionnement. La figure 4 représente l'extrémité avant d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne 41 disposé selon l'invention, et apte à transférer le couple aux roues avant 42 du véhicule, par l'intermédiaire de moyens d'embrayage et de transmission 43 incorporés au moteur, et d'un disposi- tif à transmission différentielle 44 classique Le moteur est une unité à six cylindres voir figure 5 dont le vilebrequin est divisé Le piston et la tige de liaison ont été éliminés d'un cylindre et remplacés par des éléments de transmission de la manière qui sera expliquée avec réfé- rence à la figure 5. Le système d'alimentation du moteur en carburant n'est pas représenté en détail, mais peut être commandé par un dispositif de commande 45 qui alimente une section ou l'autre du moteur, ou les deux sections (figure 4). La-figure 5 est une vue en coupe longitudinale du moteur 41, qui comprend six cylindres 46-51 Le cylindre 48 n'a ni piston ni bielle associée, qui ont été remplacés par des éléments de transmission Grâce à cette disposition, il est possible d'utiliser le bloc moteur, et tous les princi- paux composants d'un moteur standard, pour obtenir une unité compactegrâce à laquelle il est facile de régler la sortie de puissance en fonction des besoins occasionnels, et qui assure une consommation réduite de carburant et un faible taux d'émission des gaz d'échappement. Le vilebrequin du moteur est divisé en deux sections 52 a, b adjacentes au cylindre 48 Chaque section du vilebre- quin supporte un pignon conique 54, 55 qui entraîne, par l'intermédiaire des engrenages 56, 57 engrenant entre eux, des composants d'accouplement à lamelles ou disques 53, qui déterminent la connexion des sections du vilebrequin avec les moyens d'embrayage/transmission 43. Le dispositif de commande 45 (figure 4) qui commande l'alimentation en carburant des deux groupes de cylindres 46, 47 et 49 51 respectivement, actionne également l'accou- plement de la transmission 53, de sorte qu'un groupe sélec- tionné de cylindres, ou les deux groupes, sont reliés à l'aarbre_ de sortie - Par exemple, il est possible de disposer les cylindres 49 51 de manière que la section 52 a du vilebrequin à laquelle sont reliés le générateur électrique 58 et d'autres auxiliaires, constitue la partie du moteur qui est utilisée en charge normale, alors que les cylindres 46 et 47 forment une unité de renfort qui est branchée quand on a besoin d'une puissance supplémentaire. D'autres engrenages coniques 59, 60 sont en prise avec des engrenages coniques 54, 55 montés sur les sections du vilebrequin, et ils sont montés eux-mêmes sur des arbres 61, 62 qui entraînent les arbres à cames 63, 64 des groupes de cylindres associés Ceci fournit la possibilité de avantageux quand il s'agit d'une traction avant. La figure 6 représente une modification de l'intercon- nexion d'un moteur du type décrit ci-dessus, mais o la transmission 43 a est reliée directement à l'une des sec- tions 65 du vilebrequin Les deux sections 65, 66 du vile- brequin peuvent être interconnectées par un embrayage à roue libre 67 disposé directement entre les deux sections du vilebrequin Des engrenages coniques 54 a, 55 a entraînent dans ce cas des arbres parallèles 61 a, 62 a de transmission de l'arbre à cames, de même que les auxiliaires 58 a. La figure 7 représente la partie centrale d'un moteur comprenant un nombre quelconque de cylindres et o le piston et sa bielle associée du cylindre 70 ont été retirés et remplacés par d'autres composants Le vilebrequin est divisé en deux sections 71, 72 qui, de la manière décrite ci-dessus, portent un engrenage conique 73, 74 Ces engre- nages sont en prise avec d'autres engrenages coniques 75, 76 qui entraînent divers composants d'un dispositif à engrenages planétaires et embrayage 77, montés dans le cylindre 70. Un carter 78, faisant partie intégrante d'une roue en couronne 79 et d'un carter d'embrayage 80, est entraîné par un engrenage 76, alors qu'un support 81 destiné à des engrenages planétaires 82 est entraîné par l'engrenage 75. Une roue soleil 83 est montée sur un arbre 84 qui porte une première lamelle ou disque d'embrayage 85 destiné à coopé- rer avec le carter 80 de l'embrayage, et avec un second disque 86 destiné à coopérer avec un carter d'embrayage fixe 87. Le dessin est seulement schématique et dans une réalisation pratique, chaque lamelle ou disque représenté est constitué par un certain nombre d'unités à lamelles, et il existe naturellement des moyens pour actionner les lamelles de même que des paliers, etc, qui ne sont pas représentés pour plus de clarté Le type compact utilisé dans les transmissions pour motocycles modernes peut être utilisé avec avantage. Seinri La façon dont on choisit la transmission apparte- nant au groupe de renfort, celui-ci peut fonctionner à la même vitesse, ou à une vitesse plus élevée que l'autre groupe de cylindres, et il peut être également conçu pour S'échauffer rapidement lors du démarrage. Lorsque l'engrenage/embrayage est situé à l'intérieur du cylindre, on obtient un refroidissement satisfaisant des composants. La figure 8 représente une partie d'un moteur comportant un nombre quelconque de cylindres, un cylindre 90 de chaque rangée n'ayant ni piston ni bielle associée, et le vile- brequin étant divisé en deux sections 91 et 92 Les extrémi- tés des sections du vilebrequin portent des engrenages coniques 93, 94 qui coopèrent avec un embrayage à lamelles , commandé de toute manière appropriée de façon qu'il relie les deux sections du vilebrequin, ou maintienne le groupe de cylindres situé sur la gauche du dessin à l'état inactif L'arbre de sortie (non représenté) peut être relié au groupe de cylindres de droite, et un engrenage conique 93 monté sur la section associée 91 du vilebrequin entraîne également, par l'intermédiaire d'un autre engrenage conique 96 un compresseur d'air 97 monté dans le cylindre , et communiquant avec le collecteur d'entrée d'air du moteur par l'intermédiaire d'une conduite 98. La figure 9 représente une autre adaptation de l'inven- tion Un cylindre 100 de la rangée est dépourvu de piston et le vilebrequin est divisé en deux sections 101 et 102. La section 101 du vilebrequin coopère avec la section 102 par l'intermédiaire d'un embrayage à roue libre 103, ce qui fait que la section mentionnée en dernier peut rester au -repos alors que la section mentionnée en premier tourne. A la place de l'embrayage à roue libre, on peut utiliser des paliers de type quelconque, alors que l'interconnexion entre les sections du vilebrequin s'effectue par la trans- mission située au-dessous du moteur. Les deux sections du vilebrequin sont munies d'engre- nages coniques 104, 105 qui entraînent chacun un arbre 106, 107 qui, de son côté, et par l'intermédiaire d'autres engrenages coniques, entraînent les arbres à cames 108, 109 du moteur - Chaque section du vilebrequin porte en outre un engre- nage droit 110, 111 Une connexion entre les sections 101, 102 du vilebrequin peut être prévue grâce à dés moyens de transmission quelconques Une transmission par engrenages droits 115 est représentée à titre d'exemple en conjonction avec la section 101 du vilebrequin, et une transmission à chaîne 116 est représentée en conjonction avec la section 102 du vilebrequin Son élément de transmission peut être soit une chaîne soit une courroie Ces dispositions convien- nent particulièrement quand le moteur est disposé transver- salement dans le véhicule et comprend des arbres de sortie 113, 114 sur ses côtés opposés. Les modes de réalisation selon les figures 4 à 9 repré- sentent schématiquement des moteurs dont les cylindres sont disposés sur une unique rangée, mais il est clair que la même disposition peut être utilisée avec des moteurs en V, dans lesquels sont prévus deux cylindres sans piston, et que l'on peut utiliser pour y loger des composants tels que des embrayages, des transmissions d'arbre et/ou des compres- seurs d'air. Certains auxiliaires tels que des générateurs électri- ques peuvent naturellement être également montés à l'inté- rieur du cylindre "vide", et à la place des arbres de transmission destinés aux arbres à cames, ou avec ceux-ci, on peut faire passer dans le cylindre des transmissions allant vers des auxiliaires entraînés par le moteur. REVENDICATIONS i Moteur pour véhicule comprenant des cylindres dispo- sés au moins sur une ligne, et comportant un système d'ali- mentation en carburant ( 18, 45) permettant de mettre cer- tains cylindres hors service ou en service, caractérisé en ce que le vilebrequin du moteur est divisé en au moins deux sections ( 23 a, b; 52 a, b; 65, 66; 71, 72; 91, 92; 101, 102), en ce qu'au moins un cylindre ( 11, 48, 70, 90, 100) de la ligne ou de chaque ligne n'a pas de piston ni de bielle associée, et en ce que certains composants ( 19; 61, 62; 78; 97; 107, 108) du système de transmission du moteur sont logés dans le cylindre sans piston et sont reliés aux sections du vilebrequin ( 23 a, b; 52 a, b; 65, 66; 71, 72; 91, 92; 101, 102). 2 Moteur pour véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants comprennent un accouple- ment débrayable ( 78) apte, à volonté, à interconnecter les sections ( 71, 72) du vilebrequin. 3 Moteur pour véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'accouplement ( 78) est apte à permet- -20 tre à une section du vilebrequin de fonctionner à une vitesse plus élevée que l'autre section. 4 Moteur pour véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les composants comprennent des connexions d'entraînement ( 61, 62; 107, 108) vers l'arbre à cames ( 63, 64; 108, 109) du moteur, ou des parties de celui-ci. Moteur pour véhicule selon la revendication 1 et appartenant au type en V, caractérisé en ce qu'un cylindre (Ila, b) de chaque ligne de cylindres ne comprend pas de piston ni de tige de connexion, et en ce qu'une machine à fluide sous pression ( 19 a, b) d'un type capable de fonction- ner en tant que pompe ou en tant que moteur, est montée dans chacun desdits cylindres sans piston, lesdites machines pouvant être respectivement reliées de façon à entraîner l'une desdites sections ( 23 a, 23 b) du vilebrequin qui est concernée, et étant en outre interconnectées par des conduites de transfert de fluide ( 20; 21). -ogtau pour v Xhicula selon la raver^sic Gt Gr caractérisé en ce que les composants comprennent un compres- seur d'air ( 97) entraîné par au moins l'une des sections ( 91) du vilebrequin et relié au côté admission d'air ( 98) du moteur. 7 Moteur pour véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les composants ( 19, 78, 97) sont montés à l'intérieur du cylin- dre (lia, b; 70; 90) de manière que le fluide d'entraîne- ment contenu à l'intérieur soit conditionné par l'eau de refroidissement du moteur. 8 Moteur pour véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités des sections du vilebrequin sont interoonnectées par un volant ( 67) et en ce que chaque section supporte un engrenage conique ( 54, 55 a* qui engrène avec des engrenages d'entraînement des composants. 9 Moteur pour véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque extrémi- té des sections du vilebrequin porte un engrenage conique en prise (en 104, 105) avec des composants d'entraînement ( 107, 108) dans le cylindre associé ( 100), et en outre un engrenage droit ( 110, 111) formant partie d'une transmis- sion à chaîne ou à engrenages ( 115, 116) allant à l'arbre de sortie ( 113, 114). Moteur pour véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les composants comprennent des moyens de transmission allant vers des auxiliaires du moteur.