Brevet FR2518651A1 — publié le 19830624

186-5 1 Cette invention concerne un volant de capacité variable destiné à être monté sur le système tournant d'un moteur à combus- tion interne utilisé, par exemple, dans une motocyclette, une auto- mobile et ainsi de suite Les moteurs à combustion interne sont équipés de volants pour limiter dans une certaine mesure les varia- tions de la vitesse angulaire survenant pendant le fonctionnement par suite de changements du couple moteur La force vive d'un corps de révolution tournant peut être exprimée par E = Im, c'est-à-dire par le produit du moment d'inertie I du corps de révolution et de la vitesse angulaire moyenne wm Comme la force vive d'un corps de révolution animé d'un mouvement de rotation augmente avec la vitesse de rotation, un moteur à combustion interne demande uh volant à grand moment d'inertie I à basse vitesse du moteur et un volant ayant un plus petit moment d'inertie lorsque le moteur tourne à vitesse élevée. De plus > pour que le moteur possède un grand pouvoir d'accélération et de décélération à vitesse élevée> il est préférable que le moment d'inertie soit petit Pour répondre à ces exigences en partie contra- dictoires, on a mis au point des volants à capacité variable. Un volant à capacité variable dans un système conven- tionnel utilise un volant auxiliaire qui peut être accouplé par un coupleur centrifuge à un volant calé directement sur un vilebrequin. Un glissement ou un patinage considérable se produit dans de tels systèmes entre les deux volants à l'embrayage et au débrayage du coupleur au voisinage des vitesses de moteur spécifiées pour l'ac- couplement et le désaccouplement Il en résulte une grande perte de puissance dans le système. On connait aussi un système conventionnel à volant de capacité variable qui utilise un volant principal auquel peut être accouplé un volant auxiliaire par excitation d'un embrayage électro- magnétique Cette solution demande cependant une batterie ou une génératrice puissante pour l'alimentation de l'embrayage à basse vitesse du moteur De tels sytèmes ne conviennent donc pas àdes véhicules de petite cylindrée ou auxvéhicules devant avoir des reprises excellentes et répondant rapidement aux commandes du conducteur. 18651 L'invention concerne donc des perfectionnements aux volants de capacité variable, afin de supprimer les inconvénients des dispositifs de l'art. Elle apporte un dispositif léger et économique pour régulariser le fonctionnement d'un moteur dans une plage étendue de conditions de marche. Selon l'invention, un volant de capacité variable comporte un volant principal calé sur ou accouplé à l'arbre moteur et au moins un volant rotatif auxiliaire Les volants sont accouplés l'un à l'autre par l'action d'un organe de rappel sur un embrayage électromagnétique lorsque le moteur tourne à basse vitesse et ils sont désaccouplés l'un de l'autre par l'excitation de cet embrayage - lorsque le moteur tourne à vitesse élevée. D'autres caractéristiques et avantages dé l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exem- ples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexées, sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'un volant à capa- cité variable selon l'invention la figure 2 est un graphique montrant une courbe caractéristique vitesse de rotation/tension pour l'exemple de figure l; la figure 3 est la représentation schématique d'un second exemple de réalisation de l'invention, et la figure 4 est un graphique montrant la courbe carac- téristique vitesse de rotation/tension pour l'exemple de figure 3. La figure 1 représente l'extrémité d'un vilebrequin 1 d'un moteur à essence (nonreprésenté) pour véhicules automobiles, pour une motocyclette par exemple, qui est montée rotative dans un carter 2 par un roulement 3 Sur cette extrémité de vilebrequin est monté, par une clavette 5 et une rainure 6, un volant principal 4 qui constitue en m me temps le rotor d'un alternateur Des aimants permanents 7 sont fixés à l'intérieur de la jante du volant princi- pal 4. Un noyau statorique 8 de l'alternateur est fixé, radiale- ment à l'intérieur des aimants permanents 7, *au moyen de vis 9, sur un prolongement central intérieur du carter 2 Le noyau statorique 8 porte d'un c 8 té une bobine 10 d'alimentation d'embrayage et de l'autre côté une bobine 11 de charge de batterie La bobine 10 est reliée électriquement à une bobine 13 d'excitation d'embrayage disposée dans un noyau d'embrayage 12 La bobine 11 de l'alterna- teur est reliée électriquement, à travers un circuit redresseur 24, à une batterie de voiture 25. Un couvercle couvre-volant 14, fixé de façon amovible au carter 2, renferme l'ensemble du volant à capacité variable, en combinaison avec le carter 2 Un support 15 est monté coulissant, suivant l'axe du vilebrequin 1, par des cannelures, sur une partie centrale du couvercle 14 Le support 15 porte un volant auxiliaire 17 avec interposition d'un roulement à billes 16 Le volant auxiliaire 17 est pourvu d'une garniture de friction 18 sur sa face plane dirigée vers le volant principal 4 Le volant auxiliaire est en matériau ferreux Le mouvement axial relatif du support 15 et du roulement 16 est empêché par un jonc 19; le mouvement axial relatif du roulement 16 et du volant auxiliaire 17 est limité par un jonc 20 Un écrou 21 de retenue de ressort est vissé sur la partie centrale du couvercle 14 située à l'extérieur du support 15 Un ressort hélicoïdal de compres- sion 22 est disposé entre le support 15 et le couvercle 14 (l'écrou 21). Sous conditions normales, le ressort de compression 22 presse le volant auxiliaire 17 par sa garniture 18 contre le volant principal 4. Le noyau inducteur est fixé par des rivet S 23 en regard du volant auxiliaire 17, du côté oppose du volant princi- pal 4 La bobine d'excitation 13 de l'embrayage est montée fixe dans le noyau 12 Lorsque cette bohine est alimentée électriquement, le volant auxiliaire 17 est attiré par le noyau 12, contre la force du ressort de compression 22 A un niveau d'excitation déterminé, le volant auxiliaire est décollé du volant principal 4, en surmontant la force du ressort de rappel 22 Le support 15 porte un jonc 26 qui limite son mouvement. Avec le moteur à l'arrêt, le volant principal 4, servant en même temps de rotor d'alternateur, est également arrêté Le volant auxiliaire 17 est donc maintenu accouplé au volant principal 4 par la force du ressort de compression 22, comme représenté sur la figure 1. -2518651 Apres la mise en marche du moteur, les deux volants restent accouples tant que la vitesse de rotation Ne du vilebrequin 1 est inférieure à la vitesse de désaccouplement Nel, puisque la tension de sortie Ec de la bobine 10 d'alimentation d'embrayage de l'alternateur reste alors au- dessous de la tension minimale El pour l'attraction du volant auxiliaire par le noyau 12 Le volant auxiliaire 17 tourne donc conjointement avec le volant principal 4 et le moment d'inertie I du moteur est majoré de celui du volant auxiliaire On obtient ainsi un fonctionnement régulier du moteur à basse vitesse Lorsque la vitesse de rotation Ne du vilebrequin s'approche de la vitesse de desaccouplement Nel, la tension de sortie Ec de la bobine 10 de l'alternateur devient à peu près égale à la tension minimale d'attrac- tion El, avec le résultat que le volant auxiliaire reste "mi-accouplé", c'est-a-dire qu'il est encore entraîné mais qu'il patine par rapport au volant principal 4. -Dès que la vitesse Ne du vilebrequin 1 dépasse la vitesse de désaccouplement Nel, la tension de sortie Ec de la bobine d'alimen- tation 10 devient supérieure-à la tension minimale d'attraction-El Le débrayage devient alors complet Le volant auxiliaire 17 continue encore de tourner sur sa lancée, sans qu'il reçoive un couple du volant principal 4, et le moment d'inertie I du moteur-est diminué de celui du volant auxiliaire Le pouvoir d'accélération et de décélé- ration du moteur est par conséquent accru. Lorsque la vitesse Ne du vilebrequin 1 redescend après avoir dépasse la vitesse de désaccouplement Nel, le volant auxiliaire reste désaccouplé jusqu'à ce que la vitesse du vilebrequin soit descendue sous la vitesse d'accouplement Ne 2, laquelle est-plus basse que la vitesse de désaccouplement Nel Au moment o la vitesse Né du vilebrequin à ga le la vitesse d'accouplement Ne 2, la tension de sor- tie Ec de la bobine 10 d'alimentation d'embrayage de l'alternateur est voisine de la tension maximale d'accouplement E 2 Le volant auxiliaire reste "mi-accouplé" Aussitôt que Ne descend nettement sous Ne 2, la tension Ec descend sous la tension maximale d'accouplement E 2 Le volant auxiliaire 17 n'est plus que faiblement attiré par les forces électromagnétiques exercées par le noyau 12 avec la bobine d'excita- tion 13 à l'intérieur et il est pressé contre le volant principal par le ressort de rappel 22 Les deux volants 4, 17 tournent donc de nou- veau ensemble. Comme il vient Ld'être décrit, dans l'exemple représenté figure 1, le volant auxiliaire 17 est accouplé au volant principal 4 dans une plage de basse vitesse du moteur, o un grand moment d'iner- tie I est nécessaire Le volant auxiliaire 17 est désaccouple du volant principal 4 dans une plage de vitesse élevée du moteur, o un grand moment d'inertie I n'est pas nécessaire On obtient ainsi un fonctionnementdu moteur qui ne présente pas d'irrégularités de vitesse dans la plage de basse vitesse et le pouvoir d'accélération et de décélération du moteur est accru dans la plage de vitesse élevée. De plus, avec le système selon l'invention, lorsque le moteur tourne lentement et ne produit qu'un faible couple, le volant auxiliaire 17 est accouplé au volant principal 4 par le ressort 22, donc sans qu'il soit nécessaire de fournir une quantité d'énergie appréciable à la bobine d'excitation 13 de l'embrayage A l'inverse, lorsque le moteur tourne vite et fournit un couple élevé, le volant auxiliaire 17 est désaccouplé du volant principal 4 par de l'énergie électrique, fournie à la bobine d'excitation 13, qui est produite dans la bobine d'alimentation 10 de l'alternateur, lequel utilise une par- tie de la puissance fournie par le moteur Avec la solution selon l'invention, il n'est donc plus nécessaire de prévoir une batterie particulière, ou une augmentation de la capacité de la batterie prévue sur le véhicule, pour commander l'embrayage, ce qui se traduit par une réduction de poids appréciable. En outre, il n'est pas nécessaire de prévoir un circuit de commande compliqué pour accoupler le volant auxiliaire 17 au vo- lant principal 4 et pour l'en désaccoupler puisque la bobine 10 d'alimentation d'embrayage de l'alternateur entratné par le moteur est branchée directement en série avec la bobine d'excitation 13 de l'embrayage. Bien que la bobine d'alimentation 10 dans l'exemple re- présenté figure 1 soit branchée directement en série avec la bobine d'excitation 13, il est possible aussi, comme représente sur la figure 3, d'intercaler des diodes 27, 28 entre la bobine 10 d'ali- mentation d'embrayage de l'alternateur et la bobine d'excitation 13 d'une part et entre la bobine de charge 11 de l'alternateur et la batterie 25 d'autre part De plus, l'autre borne de la bobine d'excitation 13 de l'embrayage peut tre reliée à la borne positive. de la batterie 25 de la voiture, comme représenté sur la figure 3. Dans'le circuit ainsi formé, un potentiel électrique supplémentaire peut tre ajouté à celui de la batterie, de sorte que la combinaison d'un embrayage électromagnétique puissant avec un alternateur de faible capacité permetde fixer la vitesse de rotation de désaccou- plement à une valeur plus élevée que dans l'exemple précédent Ceci est représenté graphiquement sur la figure 4. Les symboles Nel, Ne 2, El et E 2 sur la figure 4 représen- tent les mêmes valeurs que dans l'exemple des figures 1 et 2; V B désigne la tension aux bornes de la batterie 25. De surcrott, l'invention est applicable à un système électrique de véhicule utilisant uniquement du courant alternatif, sans batterie Bien que le volant principal et le volant auxiliaire soient accouplés l'un à l'autre par un ressort hélicoïdal de compres- sion dans les exemples décritsici, il est possible aussi d'utiliser des aimants pour produire cet accouplement. Pour résumer, dans un volant à capacité variable selon l'invention, un volant principal est calé sur l'arbre tournant d'un moteur et au moins un volant auxiliaire rotatif peut tre accouplé sélectivement au volant principal, et désaccouplé de lui, au moyen d'un embrayage électromagnétique Les volants sont mutuellement accouplés par un organe de commande ou de rappel à basse vitesse du moteur et le désaccouplement est produit à vitesse élevée du moteur par excitation de l'embrayage De cette manière, les organes rotatifs du moteur peuvent fonctionner avec le moment d'inertie le- plus approprié au régime du moteur: le moteur présente -une marche régulière à basse vitesse et un pouvoir d'accélération et de décé- lération accru à vitesse élevée. De plus, l'embrayage électromagnétique utilise l'énergie fournie par lé moteur à vitesse élevée, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'augmenter la capacité de la batterie ou de l'alterna- teur De ce fait, l'augmentation du poids global du moteur par suite de l'addition d'un volant à capacité variable peut être évitée. 251865 1 L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifica- tions, sans pour autant sortir de son cadre. 251865-1 R EVE ND I CAT I ON S 1 Volant à capacité variable pour régulariser le fonctionnement d'un moteur, possédant un volant principal calé sur ou accouplé à un arbre de sortie du moteur et au moins un volant auxiliaire monté rotatif sur le même axe que le volant principal et accouplable à luis caractérisé en ce qu'il comprend en plus un dispositif de rappel ( 22), agissant dans le sens de l'accouplement du volant auxiliaire ( 17) au volant principal ( 4) , et un embrayage électromagnétique ( 12, 13) pour produire l'accouplement et le desaccouplement sélectifs du volant auxiliaire et du volant principal, l'excitation de l'embrayage électromagnétique itant insuffisante à basse vitesse du moteur pour vaincre la force du dispositif de rappel ( 22) et étant suffisante à vitesse élevée du moteur pour vaincre cette force et désaccoupler ainsi le volant auxiliaire ( 17-) du volant principal ( 4). 2 Volanit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dis- positif de rappel est un ressort de compression ( 22) dispose sur le même axe que les volants ( 4, 17) et maintenu en place par un support ( 15) pour le volant auxiliaire ( 17). 3 Volant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le volant principal ( 4) porte des aimants permanents ( 7) et cons- titue en même temps le rotor d'un alternateur, ou d'une génératrice, dontle stator est monté fixe sur un carter ( 2) de manière à pouvoir coopérer avec les aimants permanents ( 7) portés par le-volant princi- pal, le stator comprenant un noyau ( 8), une bobine ( 10) d'alimenta- tinn d'embrayage et une bobine ( 11) branchée en série avec une bat- terie ( 25) en vue de la charge de celle-ci. 4 Volant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce qu'une garniture de friction ( 18) pour l'accouplement des volants est disposée sur la face du volant auxiliaire( 17)tournée vers le volant-principal ( 4). Volant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que l'embrayage électromagnétique comporte un noyau inducteur ( 12) qui porte une bobine d'excitation ( 13) et est monté fixe par rapport au volant auxiliaire ( 17), la bobine d'excitation ( 13) étant branchee-en série avec la bobine ( 10) d'alimentation d'embrayage de l'alternateur en vue de la commande de l'embrayage électromagnétique 18651 9. de l'alternateur en vue de la commande de l'embrayage électromagnétique en fonction de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie ( 1) du moteur.