Brevet FR2513721A1 — publié le 19830401

La présente invention est relative a un mécanisme de volant d'inertie à capacité variable desti- né à etre couplé à l'arore rotatif du moteur d'un moto- cycle ou d'un vehicule automooile par exemple D'une façon plus particulière, l'invention concerne un meca- nisme comportant un volant principal et un volant auxiliaire avec un dispositif pour les accoupler en liai- son d'entrainemenit. I 1 est conta de réaliser un mecanisme de volant d'inertie dans lequel le moment d'inertie n'est pas constant mais est différent aux vitesses élevées et lentes du moteur On connait par exemple un mécanisme de volant à capacité variable dont le moment d'inertie est automatiquement modifie en fonction de la vitesse de rotation ou régime du moteur. Dans un autre mécanisme de volant à capacité variable connu de la technique antérieure, un volant principal et un volant auxiliaire sont couplés et des- accouplés en fonction des plages de vitesses lentes et élevées du moteur respectivement, et ceci est assuré par l'action d'un embrayage centrifuge de sorte que le moment d'inertie peut être modifié. Cependant dans le mécanisme de volant à capa- cité variable utilisant un tel embrayage centrifuge, ce- lui-ci tend à agir de façon répétée, c'est à dire à être embrayé et débrayé de façon "flottante" lorsque a vites- se de rotation de l'arore du moteur est voisine de la valeur de seuil du fonctionnement de l'embrayage cenitri- fuge Celui-ci agit alors comme un amortisseur de frotte- ment à la suite de l'arbre rotatif, de sorte que le vile- brequin présente une perte de puissance entretenue, pro- voquant ainsi une dégradation des propriétés d'économie de combustible du moteur De plus si une décélération brutale se produit depuis ladite valeur de seuil, l'em- brayage centrifuge est insuffisamment sensiole de sorte qu'il ne peut suivre rapidement la décélération brusque de l'arore rotatif et il ne peut ainsi coupler le volant auxiliaire au volant principal et il en résulte que le moteur n'entretieut pas sa rotation dans la plage des vitesses de ralenti, et s'arrête. L'invention fournit un mécanisme de volant à capacité variable comprenant un arbre rotatif, un vo- lant principal couplé à l'arore rotatif, un volant auxiliaire, et un embrayage électromagnétique pour coupler sélectivement le volant principal et le volant auxiliaire en réponse à un signal d'aimantation. Grâce à cet agencement, le volant auxiliaire peut être facilement maintenu à une vitesse de rotation prédéterminée de sorte que 1 _s chocs à l'emorayage ou au débrayage peuvent ttre réduits, du fait que le fonction- nement continu du mécanisme de volant est assuré par l'ati- lisation de l'em Drayage électromagnétique. Un véhicule tel qu'un motocycle peut être équipé d'un dispositif rotatif constituant une faible charge, tel qu'une pompe, pour alimenter le moteur en eau de refroidissement, en huile, en air, etc, nécessaire pour le fonctionnement du moteur Des mecanismes d'en- trainement sont nécessaires pour entrainer ces dispositifs rotatifs Par conséquent ledit volant auxiliaire peut tre agencé de façon à transmettre un couple à un tel disposi- tif rotatif. De préférence le mécanisme comprend des moyens pour amener de l'huile de graissage sous une pression ap- propriée aux intervalles ou espaces entre les plateaux de friction d'un tel embrayage électromagnétique, de sorte que lorsque l'embrayage n'est pas embrayé, une partie du couple du volant principal soit transmise au volant auxi- liaire afin d'entrainer ce dernier en rocation avec une vitesse prédéterminée et limiter ainsi les chocs lorsque l'embrayage électromagnétique est embrayé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre faite en se reférant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels: la Fig 1 est une vue en élévation montrant un premier mode de réalisation de l'invention; la Fig 2 est un schéma synoptique montrant le circuit de commande de il'embrayage pour le mécanisme représenté à la Fig l; les Fig 3 et 4 sont des diagramues montrant l O la réalisation d'autres modes d'téxécution de l'inven- tion; la Fig 5 est une vue en élévation et en cou- pe montrant une autre variante; la Fig 6 est une vue de détail montrant agrandie une partie de la Fig 5; la Fig 7 es G une vue en élévation et en cou- pe d'une autre variante; la Fig 8 est une vue en élévation et en cou- pe avec arrachement partiel montrant une autre variante de l'invention; les Fig 9 et 10 sont des schémas synoptiques montrant les circuits de commande des régulateurs de pres- sion d'huile; la Fig li esm un schéma d'un autre circuit de commande. En se référant au dessin, le mecanisme de volant à capacité variable représenté à la Fig l et au- quel est appliquée l'invention comprend un vilebrequin 1 monté rotatif dans un carter 2 au moyen de roulements 3. Le vilebrequin comporte une partie d'extrémité la en saillie, de forme convergente et ayant un alésage interne fileté lb Un pignon 4 est calé sur le vileorequin 1 et entraine une chaîne non représentée pour entrainer un arbre à camesegalemen non représenté. Le volant principal 5 es disposé en appui sur la partie d'extrémité convergente la du vilebrequin 1 et est fixé sur ce dernier au moyen d'une vis 6 Un em- brayace 7 à fr-ction couprenant un empilement de plaques d'emorayage 7 a est serré entre le plateau 8 de pression de l'embrayage et une face latérale 5 a du volant porinci- pal 5 Le volant 5 comporte un conduit d'huile 50 qui communique avec la région a djacelite à la tête de la vis 6 et les parties coulissantes des plateaux 7 a de l'em- brayage. Une armature stationnaire 9 est fixé sur le car- ter moteur 2 au moyen d'un support 10 et d'organes de fixation filetés ll L'azmauze 9 pcésente dans son ensem- ble en section transversale une forme en C et sa partie creuse reçoit un booinage annulaire stationnaire 12 d'aimantation. Une ouverture dans la partie d'extrémité du carter 2 est fermée par un couvercle 13 de-volant afin de former un boitier enfermant à la fois le volant prin- cipal 5 et un volant auxiliaire 14 Ce volant auxiliaire 14 présente une forme annulaire et dans son ensemble en section une forme en C Il esi supporté sur des roule- ments 15 qui entourent un support creux central laprévu sur le couvercle statiowiaire 13 En conséquence le vo- lant auxiliaire 14 est soutenu à rotation co-axialement au volant principal 5 et est adapté pour être couplé à ce dernier par l'intermédiaire de 'embrayage à friction 7 Lorsque le booinage d'aimantation 12 est alimenté avec un courant d'excitation par l'intermédiaire de sa paire- de bornes d'entrée 12 a et 12 bl'armature 9 attire le pla- teau 8 de p ession de l'emorayage pour serrerl'ensemnble 7 d'embrayage et coupler ainsi le volant principal 5 et le volant auxiliaire 14 en liaison d'entrainement. L'élément central de support 13 a du couvercle stationnaire 13 es pourvu d'u trou axial 18 qui est re- lié à un conduit 17 d'alimentation en huile Ce conduit 17 est relié à une pompe à huile,non représentée, par l'in- termédiaire d'un régulateur 17 a de pression d'huile. L'extrémité interne ouverte du trou 18 est disposée de sorte que par rapport au volant auxiliaire 14, elle fait face à la tête de la vis 6 Un élément cyliidriaue 19 de guidage d'huile a un reoord ajusté dais le volant 14 Cet élément 19 a sur son côté interne un joint annulaire 20 pour l'huile, en contact avec l'extrémité interne du trou 18 Autour du support central 13 a du couvercle 13 du volant sont disposees plusieurs pièces polaires magné- tiques 21 à des distances égales les unes des autres qui portent des bobinages moteurs 22 Un aimant amiulaire 23 est fixé sur la paroi interne du volanit 14 en face des pièces polaires 21 pour constituer une dynamo, et l'éner- gie électrique engendrée dans les bobinages moteurs 22 est distribuée par l'intermédiaire des bornes 22 a et 22 b. Pour mesurer la vitesse de rotation du vile- orequin 1 et du volant principal 1 couplé à celui-ci, une ou plusieurs saillies magnétiques 24 sont situées au voisi nage du bord circoniférentiel du vilebrequin 1, et un cap- teur magnetique stationnaire 25 est fixé sur le carter 2. Le capteur 25 comprend un aimant et un bobinage et des bor nes de sortie 25 a et 25 b D'une façon analogue, pour mesu- rer la vitesse de rotation du volant 14, une ou plusieurs saillies magnétiques 26 sont situées sur la circonférence externe du volant 14 Un capteur magnétique stationnaire 27 analogue au capteur 25 est fixé sur la paroi interne du couvercle 13 de manière à être dirigé face à la ou aux sail lies;magnetiques 26 de manière que sa sortie soit appliquée aux bornes de sortie 27 a et 27 b On comprend que les cap- teurs magnétiques de la vitesse de rotation peuvent être remplacés par diffiérents autres types de capteurs tels que des capteurs optiques, par exemple. De l'huile de graissage distriouée sous pres- sion à travers le conduit 17 traverse le trou 18, l'elé- ment 19 de guidage, le conduit d'huile 5 b et des jeux limités entre les plateaux 7 a de l'embrayage Les carac- teris-tiques de transmission de couple de l'emorayage électromagnétique 7 fournissent le couple nécessaire pour entrainer en ro Gation le volant 14 avec une vitesse prédéterminée, mêhe si l'embrayage électromagnétique peut se trouver à l'état débrayé. Le volant auxiliaire 14 comporte 1 ' aimant anuiulaire 23 au moyen duquel est effectué u freinage dynamique, de sorte qu'une force p 2 édétermi- née de freinage peut être appliquée au volant 14 De plus le couple devant Gtre transmis peut Ztre commandé à une valeur appropriée par uie régulation du débit d'huile fourni par l'intermédiaire du conduit 17, sous - l'action du régulateur 17 a de pression d'huile. l Se circuit magnétique de commande de l'embrayage électromagnétique du mecanisme de volant à capacité variable représenté à la Fig l est illustré à titre d'exemple à la Fig 2 Comme représenté un signal constitué par une impulsion ayant une fréquence qui cor- respond à la vitesse de rotation du vilebrequin 1 est fourni par le capteur magnétique 25, et il est appliqué par les bornes 25 a et 25 b à un circuit formateur 30 Il est eosuite appliqué à un convertisseur fréquence-tension 31 Ce convertisseur 51 engendre une tension qui corres- pond à la fréquence du signal d'entrée, et cette tension est appliquée à un comparateur 32 qui compzend un ampli- ficateur opératioznnel O P et des résistances R 1 et R 2 le comparateur 32 engendre un signal " O " lorsque la tension d'entrée excède une tension de référence Vrl (qui corres- pond par exemple à 3 000 t/m) L'hysteresis au comparateur 32 est tel Le en raison de la présence des résistances 1 et R 2 que la tension de sortie est empêchée de produi- re le "battement" ou "flottement" indésirable ou mouve- ment répété entre les valeurs " 1 " et " O " même si la ten- sion d'entrée varie au voisinage de la tension de réfé- rence Vrl La sortie du comparateur 52 est appliquée à la oase d'un transistor Q 1 qui constitue un comn utateur 33 de commande du booinage d'aimantation 12- El u t i 1 i S a N t le c i r c u i t de commande de la 'ig 2 comme circuit de commande du méca- nisme de volant à capacité variable représenté à la Fig l, le moment d'inertie de ce mécanisme peut être modifié de façon fiable en fonction de la vitesse de rotation du vilebrequin 1. La Fig 3 est un diagramme montrant une va- i O riante du mecanisme de volant à capaci-té variable auquel est appliquée l'invention Dans cette variante, le volant principal 5 du vilebrequin 1 est relié à uri arbre primai- re 40 par 1 l'intermédiaire d'lun pignon 41, et l'arbre 40 est couplé par l'intermédiaire d'un embrayage électroma- gnélique 42 au volant auxiliaire Un embrayage 43 trans- met le couple à une transmission 44 Le degré de liberté tel que la sélection du moment d'inertie du volant auxi- liaire 14 peut être augmenté en choisissant de façon ap- propriée le rapport des engrenages 41. La Fig 4 est un diagramme montrant une autre variante de l'invention dans laquelle le vileorequin a sa première extrémi-é couplée ak volant principal 5 et son autre extrémité couplée par l'intermédiaire de l'em- brayage électromagnétique 42 au volant auxiliaire Cette construction presente l'avantage qu'un équilibre de poids dans le sens transversal peut être obtenu par rapport aux cylindres du moteur. La Fig 5 montre une autre variante du m Gca- nisme de volant à capacité variable auquel est appliquée l'invention, variante deus laquelle les éléments ayant une fonction ana Logue à ceux du mode de réalisation de la Fig l sont désignés par les mêmes références et ne seront pas décrits à nouveau Cette variante diffère de celle rep Sésentée à la Fig l, principalement en ce qu'on utilise un seul plateau d'emorayage comme embrayage élec- tromagnétique et en ce que le volant auxiliaire ne com- po.te pas de mécanisme générateur èlectrique Plus par- ticulièrement, le viieorequin 1 est porté dans le carter 2 au moyen de roulements 3 et son extremité lc non cofiver- gette est filetée extérieurement Un disque d'entrainement agissant comme volant orincipal 5 est ajusté e> fixé sur la partie convergente la au moyen d'un écrou 51 Le dis- nue 50 d'entrainement compo te sur son bord circornféren- tiel plusieurs trous 50 a d'entrainement qui sont agencés avec un écartement angulaire égal, et une armature annu- laire 53 est portée sur des doigts d'entrainemeit 52 qui sontr ajustés dans les trous 50 a t'armature annuaire 53 est réalisée en un matériau à p rméaoilité mzgnétique élevée En outre, la surface de l'armature annulaire 53 comporte une gorge annulaire 53 a et une sur Tce 54 d'embraya- ge Des bagues d'arrêt 55 sont fixées aux extrémités avant des doigts d'entrainement 52 respectifs, et des ressorts de rappel D 6 sont emmanchés à force entre les bagues d'arrêt 55 et le disque d'entrainement 50, afin de pousser ainsi l'armature 53 sur le disque 50 Les faces opposées du disque 50 et du rotor 14 comportent un premier et un second groupes de saillies 59 et 60 qui s'étendent axialement en sens opposé et les mues vers les autres. Les sail i S sont agen cees de façon équidistantes dans le sens circonférentiel, comme dans une turoine, afin d'appliquer ainsi à l'huile mie force d'entrainement suffisance La Fig 6 est un agrandissement de la partie de la Fig 5 entourée en traits interrompus U -trou 71 est oouché par un obturateur 72 poussé de l'extérieur au moyen d'une lame de ressort 73, constituant ainsi un clapet de retenue Une masse régulatrice 74 est montée sur le c'té extérieur de l'ooturateur 72 Ce mode de réalisation est analogue celui représenté à la Fig 4 à l'exception du fait que le régulateur 17 a de pression d'huile peut être supprimé du fait de la présence du cla- pet de retenue 72 comme décrit. La Fig 7 montre un autre mécanisme de volant à capacité variable auquel est appliquée l'invention, dans lequel on utilise également ls mêmes réfereices pour ls organes correspondants au mode de réalisation de la Fig l Cette variante diflfère du mecalisme de la Fig l principalement en ce qu'on utilise un embrayage électromagnstique du type à poudre D'une façon plus particulière, comme représenté à la Fig 7, un organe 60 d'entaineaent fixé sur le vileorequin 1 et un rotor 62 porté sur un arbre 61 sont agences de façon à retenir eitre-eux la poudre magnétique L'arbre 61 est soutenu daus Le carter 2 L, armature 9 qui présente dans son ensemble une forme en C, est ajustéeavec jeu dans l'organe 60 d'entrainement, est fixé sur la paroi interne du carter 2 et loge le bobinage d'aimantation 12 Les autres organes, autres que l'embrayage électromagnétique précité, sont à peu près les mêmes que ceux du mécanisme de la Fig l Le mecanisme à capacité variable représenté à la Fig 7 utilise l'embrayage électromagnétique du type à poudre de sorte que le couple qui doit être transmis par l'embrayage est proportionnel a courant d'aimantation. Par conséquent, en commandant ce courant, on peut facile- ment assurer la commande de la transmission de couple au volant auxiliaire 14 Par suite, en remplaçant le compa- rateur 32 du circuit de commande de la Pig 2 par un sim- ple amplificateur, par exemple, le booinage 12 peut être aimanté par un signal analogique qui correspond à la vi- tesse de rotation du vilebrequin 1. La Fig 10 montre un exemple d'un circuit de commande pour commander le régulateur 17 a de pcession d'huile des mecanismes des Fig 1 et 5 en proportion de la vitesse de rotation du volant auxiliaire 14 Dans le p,é- sent circuit, un signal par impulsions indicatif de la vitesse de rotation du volant 14 esu appliqué par le cap- teur magnétique 27 et les oornes 27 a et 27 b à un circuit formateur 70 de sorte que la forme d'onde du signal résul- tant es convertie par un convertisseur fréquence-tension 71 en une tension proportio-:elle à la vitesse de rota- tion du volant 14 Un oscillateur 74 de commande de ten- sion est commandé par la sortie du convertisseur fréquence- tension 71 de sorte que sa sortie est appliquée par un amplificateur 75 à un circuit 73 de commande qui est formé d'un transistor Q 3 Zinsi si la sortie du conver- tisseur 71 tomoe au-dessous d'une tension de référence Vr 2, le Dooinage du régulateur 17 a de pression d'huile est excité de sorte que l'huile est distribuée pour aug- menter sa pression. On notera que la tension de réference Vr 2 est de préférence réglée à un niveau plus élevé que la tension de référence Vrl du circuit de la Pig 2 Par exemple, les tensions de référence Vrl et Vr 2 peuvent correspondre à des vitesses de rotation de 3 000 et 4.000 t/m respectivement. La Fig 111 montre un autre exemple d'un cir- cuit de commande des mécanismes de volant à capacité variable représentés aux Fig 1, 5 et 7 Dans ce circuit de commande, la moitié supérieure du dessin, c'est à dire la partie de détection de la vitesse de rotation du vilebrequin 1 pour appliquer le courant d'aimantation au bobinage 12 est la même que le circuit de commande repré- senté à la Fig 2 Par ailleurs, dans la moitié inférieure du circuit, le signal de vitesse de rotation provenant du capteur magnétique 27, qui est indicatif de la vitesse de rotation du volant auxiliaire 14 est traité dans un cir- cuit 80 de mise en forme Ensuite une tension indicative de la vitesse de rotation es-i engendrée par un convertis- seur fréquence-tension 81 Cette tension indicative de la vitesse de rotation est comparée à une tension de réfé- rence Vr 3 par un comparateur 82 de soute que l'enroule- ment 12 est faiblement excité par l'intermédiaire d'une résistance E, lorsque la vitesse de rotation du volant 14 est inférieure à la vitesse de rotation correspondant à la tension de référence V, c'est à dire 4 000 t/m, de façon à serrer ainsi doucement l'embrayage éLectromaglié- tique Incidemment, ce courani d'excitation peut 3 tre soit un faiole courant filtré soit un courant à impulsions decoupé. La variante du mécanisme représentée à la Fig 8 est à peu près identique à celle des Pig l et 2 mais utilise uan dispositif auxiliaire tel qu'une pompe à huile, une pompe d'ailimentation en air ou une pompe à eau entrai- née par le couple de rotation à vitesse constante du volant auxiliaire 14, au lieu du mecanisme de freinage dynamique décrit plus haut Comme représenté, le dispo- sitif de transmission de couple comprend un pignon 90 fixé sur le volant 14 et un pignon 91 qui engrène avec le mignon 90 Le pignon 91 est fixé sur l'arbre rotatif 94 d'une pompe à eau 93 L'arore 94 est porté dans des roulements 95 et 96, et un rotor 97 comportant plusieurs auoes est ajusté sur l'extrémité libre de l'arore rotatif 94 Le rotor 97 comporte une cavité 97 a à une extré- mité et une autre cavité 97 b à son autre extrémité, et il est serré en position sur l'arore 94 au moyen d'une bague 98 et d'une vis 99 Un ooitier 100 enferme le rotor 97 et compon te un orifice d'entrée 101 et un orifice de sortie 102 pour l'eau Dans l'espace entre le rotor et les roulements 95 es-u disposé co-axialement à l'arore 94 un élément awnulaire 103 ayant en section dans son ensem- ble une forme en C Un ressort 105 pousse une bague 104 dans la cavité 97 b et un élément 106 en caoutchouc s'étendant axialement es G disposé à l'intérieur par rap- port au ressort 105 La construction et le fonctiouemeint de la pompe à eau sont oien connusl dans la technique et ne seront pas décrits en détail ici. Le mécanisme de volant à-capacité variable représenté à la Fig 8 et décrit ci-dessus utilise une pompe à eau entrainée par un engrenage au lieu d'une ma- guéto Le couvercle 13 du volant comporte une ouverture assez grande pour l'ntroduction du Dii ion 91 en -posi-tion d'engrènement avec le pignon 90 Aiursi le volant auxiliai- re 14 Peu t S' tra entraîné en rouation a uw:e vitesse eqis- tants desir 3 e Il en résulte oiie 'a rompe à eau 93 est -aranéujie vitesse de ro,,-at 4 ior d-siree - Le circu it de corg 2 ande de i 'eraorayage élec- tromnagnétiq ue 7 es-t ana-ogu e à celui décrit plu S hau t. av Es JO>( C AT(O, S 1 Mécanlisme de volant à capacité variable caractérisé en ce qu'il comprend ul arore rotatif l, un volant principal 5 couplé à l'arore rotatif, un volant auxiliaire 14 et un embrayage électromagnétique 8, 12, 42 pour coupler sélectivement le volant principal 5 et le volant auxiliaire 14 e l réponse à un signal d'excitation. 2 Mécanisme suivant la revendication 1, caracterisé en ce que Ledit embrayage électromagnétique 8, 12 esu du type à friction. 3 Mécanisme suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit embrayage électromagnétique 8, 12 esu du type à disque de friction et comprend des moyens 17 a de distribution d'huile pour distriouer de l'huile dans les jeux entre les disques de friction 7 a de l'emorayage électromagnétique. 4 Mécaisme suivant la revendication 3, caracterisé en ce qu'il comprend des groupes 24, 26 de saillies sur chacun desdits volants 5, 14 au voisinage des disques de friction et adjacentes les uwesaux autres. 5 Mécanisme suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit embrayage électromagnétique est un embrayage du type à poudre 60, 62. 6 Moteur caractérisé en ce qu'il comprend un mecanisme de volant à capacité variable tel que défini suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, et un circuit de commande 30, 31, 32 pour appliquer ledit signal d'excitation audit embrayage électromagnétique 7, , 42 en fonction d'un parametre indicateur du régime du moteur. 7 Moteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit circuit de commande 30, 31, 32 engendre ledit signal d'excitation en fonction de la vitesse de rotation dudit arore. 8 Moteur suivant l'une quelconque des re- vendications 6 et 7, caractérisé en ce que ledit signal d'excitation est un signal tout ou rien. 9 Moteur suivant l'une quelconque des re- vendications 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit signal d'excitation est un sig:lai analogique, l'emorayage élec- tromageé ique 60, 62, étant du type à poudre. Moteur suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend * des moyens de commande pour cornmacder l'embrayage électro- magnétique afin d'entrainer en rotation le volant auxi- liaire 14 à une vitesse prédéterminée, et en ce que le volant 14 es G agencé pour transmettre un couple à un dispositif ro-atif représentant une faible charge. 11 Moteur suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif rotatif es une magnéto 21, 22. 12 Moteur suivant-la revendication 10, caracterisé en ce que le dispositif rotatif est une pompe 95.