Brevet FR2613427A1 — publié le 19881007

EMBIELLAGE EQUILIBRE POUR MOTEUR THERMIQUE MONOCYLINDRE A EXPLOSION La présente invention est relative au domaine technique des moteurs thermiques, du type à explosion, monocyLindres ou multicylindres, de préférence mais non exclusivement, à allumage commandé et indifféremment de cycle à deux ou quatre temps. De tels moteurs, par exemple du type monocylindre, présentent une structure comprenant, dans un carter supportant un cylindre, un vilebrequin formant un maneton sur lequel est adapté la tête d'une bielle dont le pied est relié par un axe à un piston coulissant dans le cylindre. Bien que le vilebrequin soit pourvu, de façon diamétralement opposée au maneton, de masses d'équilibrage, l'embiellage ainsi constitué n'est jamais parfaitement équilibré au sens où l'on considère que les actions qu'il transmet au support extérieur sont les mêmes à L'état dynamique qu'à L'état statique. Pour tenter de résoudre ce problème, la technique antérieure a proposé de disposer dans le carter deux arbres auxiliaires, tournants, parallèles à L'axe du vilebrequin, porteurs de masses excentrées et entraînés en rotations synchrones de sens contraires par une transmission à engrenages à partir du vilebrequin. Cette solution est encombrante et onéreuse et ne peut être considérée comme mécaniquement adaptée. Les paliers des arbres auxiliaires sont, en effet, très chargés, ce qui entraîne comme conséquence inéluctable, soit une perte de puissance du moteur, soit, à puissance égale, une consommation supérieure. La technique antérieure a aussi proposé de simplifier la solution précédente en supprimant l'arbre auxiliaire tournant dans le même sens que le vilebrequin et en faisant porter à ce dernier, en' supplément de celle déjà prévue, la masse de l'arbre ainsi supprimé. Cette solution, peut-être moins onéreuse et encombrante, ne s'est pas révélée mécaniquement plus acceptable, car la présence d'un arbre auxiliaire, situé d'un côté du vilebrequin, est responsable de l'existence d'un moment non équilibré générateur de vibrations. L'objet de l'invention est de proposer une solution résolvant le problème ainsi posé et pouvant être economiquement mise en oeuvre sur les moteurs thermiques monocylindres ou multicylindres, sans entrainer de modifications importantes de leur architecture fondamentale. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, l'embiellage équilibré selon l'invention est caractérisé en ce que - la bielle est pourvue, de façon diamétralement opposée au corps, d'un prolongement portant un contrepoids tel que le centre de gravité de l'ensemble bielle-axe-piston soit situé sur l'axe géométrique de la tête de bielle, - le vilebrequin est pourvu, de façon diamétralement opposée au maneton, d'un contrepoids tel que le centre de gravité de l'ensemble vilebrequin-bielle-piston soit situé sur l'axe géométrique de rotation du vilebrequin. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemptes non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue schématique illustrant l'objet de l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale schématique d'un embiellage conforme à L'invention dans un état particulier du cycle du moteur. La fig. 3 est une vue en plan d'une bielle de moteur pour la mise en oeuvre de l'invention. La fig. 4 est une vue en plan éclatée montrant un exemple de réalisation de la bielle selon la fig. 3. La fig. 5 est une coupe prise selon la ligne V-V de la fig 4. Les fig. 1 et 2 montrent schématiquement, à titre d'exemple, un moteur thermique monocylindre comprenant, de façon classique, un carter 1 surmonté d'un cylindre 2 fermé par une culasse 3. Le carter 1 présente des paliers 4 pour le support d'un vilebrequin 5 dont L'axe géométrique de rotation x-x' est orthogonal à l'axe du cylindre 2. Le vilebrequin 5 forme un maneton excentré 6, réservé au montage de la tête 7 d'une bielle 8, dont le corps 9 est pourvu en bout d'unpied de bielle 10. La bielle 8 est reliée à un piston 11, coulissant dans le cylindre 2, par un axe de piston 12 traversant le pied 10. Selon l'invention, l'embiellage ainsi constitué est équilibré en mettant en oeuvre les dispositions suivantes. Tout d'abord, la bielle 8 est réalisée de manière à comporter un prolongement 13 s'étendant, à partir de la tête 7, de façon diamétralement opposée au corps 9. Le prolongement 13 est pourvu d'un contrepoids 14 dont la masse est calculée en fonction de la longueur du prolongement 13, de telle façon que le centre de gravité de l'ensemble bielle 8 - axe 12 - piston 11 soit situé sur l'axe géométrique y-y' de la tête 7 et, par conséquent, aussi après montage, sur L'axe géométrique du maneton 6. Ensuite, le vilebrequin 5 est pourvu, de façon diamétralement opposée au maneton 6, d'un ou de plusieurs contrepoids 15 dont la masse globale est calculée, en fonction de la distance de son centre à L'axe x-x', de façon telle que le centre de gravité de l'ensemble vilebrequin 5 - bielle 8 piston 11 soit situé sur l'axe de rotation x-x'. De cette façon, les actions selon les directions XO et Yot se développant lors du fonctionnement du moteur, sont, sinon complètement annulées, du moins rendues aussi faibles que possibles. De préférence, l'invention fait intervenir une condition supplémentaire, -consistant à réaliser le piston 11, de telle façon que son centre de gravité soit situé sur l'axe 12. Pour permettre une réalisation aussi simple que possible d'un embiellage présentant au total un encombrement compatible avec le carter 1, il convient de pouvoir réduire les masses des contrepoids 14-et 15. La masse du contrepoids 15 étant dépendante de celle de l'ensemble bielle 8 - piston 12 - contrepoids 14, il convient de retenir une structure permettant de réduire la masse du contrepoids 14. Dans ce but, selon l'invention, il est préconisé de réaliser le piston 11 en une matière de masse volumique faible, mais de résistance mécanique compatible avec les conditions de fonctionnement du moteur. Dans ce but, le piston 11 peut être réalisé en un alliage Léger et être, éventuellement, pourvu, en tête de piston, d'une coiffe rapportée, réalisée en un matériau céramique.Dans le même but, il est aussi préconisé de réaliser la bielle 8, comme illustrée par La fig. 3, à partir de bagues métalliques, telles que Ta et 10a, associées à un corps 9a et à un prolongement 13a en fibres de carbone. Dans le même but toujours, l'invention prévoit de réaliser le contrepoids 14, ainsi que le contrepoids 15, en un matériau de masse volumique élevée, telle qu'en un alliage de tungstène, cuivre et nickel. Les fig. 4 et 5 montrent, plus en détail, une possibilité de réalisation de la bielle 8 à partir de deux bagues 7a et îOa et d'un contrepoids 14 présentant chacun une gorge 16, 17, 18 dans la périphérie extérieure. Ces gorges sont destinés, d'une part, à l'emboîtement de parties terminales complémentaires du corps 9a et du prolongement 13a en fibres de carbone et, d'autre part, à l'enroulement d'un cordon ou d'une tresse 19 en un matériau composite, notamment à base de fibres de carbone, solidarisant les différentes parties constitutives auxquelles elle est intégrée en tant que ceinture solidifiée et rendue cohérente massivement par traitement thermique. D'autres procédés peuvent, bien entendu, être retenus pour la fabrication d'une bielle répondant aux caractéristiques ci-dessus. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS : 1 - Embiellage equilibré pour moteur thermique du type à explosion, comprenant un vilebrequin (5) monté tournant dans un carter (1) et formant un maneton excentré -(6), une bielle (8)comportant un corps (9) reliant un pied (10) et une tête (7) adaptée sur le maneton, et un piston (11) relié au pied par un axe (12) et apte à coulisser dans un cylindre (2) porté par le carter, caractérisé en ce que - la bielle (8) est pourvue, de façon diamétralement opposée au corps (9), d'un prolongement (13) portant un contrepoids (14) teL que le centre de gravité de l'ensemble bielle-axe-piston soit situé sur l'axe géométrique (y-y') de la tête de bielle, - le vilebrequin (5) est pourvu, de façon diamétralement opposée au maneton, d'un contrepoids (15) tel que le centre de gravité de l'ensemble vilebrequin-bielle-piston soit situé sur L'axe géométrique (x-x') de rotation du vilebrequin. 2 - Embiellage équiLibré selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston (11) est, en outre, réalisé de manière que son centre de gravité soit situé sur l'axe (12) liant le piston (11) au pied de bielle (10). 3 - Embiellage équilibré selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le piston (11) est réalisé en un matériau de masse volumique faible et en ce que la bielle comprend un corps et un prolongement en un matériau composite intimement.solidarisés, d'une part, à des bagues formant tête et pied de bielle respectivement et, d'autre part, à un contrepoids en un matériau de masse volumique relativement élevée. 4 - Embiellage équilibré selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bielle comprend une bague de tête et une bague de pied en métal et un corps et un prolongement en fibres de carbone.