Brevet FR2627131A1 — publié le 19890818

L'invention concerne une transmission auxiliaire sur un moteur à combustion interne pour l'entraînement d'un compresseur d'air à partir de l'arbre à cames de ce moteur. L'entraînement par des roues dentées des compres- seurs à piston, qui sont utilisés entre autres pour la production d'air comprimé sur les véhicules utilitaires munis de freins à air comprimé, présente une série d'avan- tages, dont le plus important, par rapport aux entrainements par courroies trapézoîdales qui étaient auparavant fré- quemment employées, est l'absence totale de la nécessité de surveillance. Cet avantage prend une importance accrue par le fait qu'une pompe hydraulique du circuit de direction est fréquemment entraTnée par le vilebrequin du compresseur d'air, ce qui augmente encore l'exigence d'une sécurité de fonctionnement la plus élevée possible de l'entraînement du compresseur d'air, comme seules des roues dentées peuvent l'assurer de façon optimale. La constitution du compresseur à piston est très adaptée à son usage comme compresseur pour freins à air comprimé. Mais avec l'entraînement par roues dentées se rencontre l'inconvénient que dans le volume mort du compresseur d'air qui subsiste lorsque le point mort supé- rieur est atteint, de l'air comprimé se détend, de sorte que la force tangentielle d'entraînement du compresseur d'air devient subitement négative, et que le couple du compres- seur d'air diminue. Ceci entraîne des changements de flanc dans l'engrènement des dents, analogues à des chocs, qui s'accompagnent de bruits désagréables. Ce bruit n'est pas toujours atténuable à des valeurs acceptables, en particulier avec des entraînements de struc- ture légère comme ceux qui existent sur les moteurs modernes à haut rendement, même quand le jeu circonférentiel entre les flancs des dents des roues dentées du compresseur d'air et de l'arbre à cames est réduit par construction ou par réglage à des valeurs faibles. La raison en est que le couple d'en- 2 2627131 traînement de l'arbre à cames, en particulier dans les moteurs à faible nombre de cylindres, baisse fortement aussi et peut avoir aussi des valeurs négatives. S'il existe un recou- vrement du couple négatif du compresseur d'air pendant la OS phase de détente en retour et du c.ouple faible ou même négatif de l'arbre à cames il se produit non seulement sur la roue dentée du compresseur d'air mais aussi sur la roue dentée de l'arbre à cames une décélération, qui se propage immédiatement sous forme de choc dans le reste de la trans- mission à engrenages. Pour remédier à ces inconvénients la solution d'une augmentation sensible des masses en mouvement du compresseur d'air et de la roue dentée de l'arbre à cames ne peut être envisagée si l'on veut garder des coûts réduits, un volume limité et un faible poids. L'augmentation du moment d'inertie devrait en effet être particulièrement considé- rable et donc onéreuse, lourde et volumineuse parce que les bruits gênants se présentent en particulier pendant la marche à vide. A cause de la faible vitesse de rotation à vide, l'énergie cinétique des masses tournantes est parti- culièrement faible pendant ce mode de fonctionnement. L'invention a donc pour but principal de réa- liser l'entraînement d'une manière telle que, avec un moment d'inertie faible, de petites dimensions et une structure légère des masses en rotation du compresseur d'air et de la roue dentée de l'arbre à cames qui l'entraîne, la décé- lération de la roue dentée de l'arbre à cames soit limitée et les impulsions dues aux chocs ainsi que le bruit de l'engrènement avec la roue dentée de l'arbre à cames soient minimisées. Ce but est atteint par l'invention à l'aide d'une transmission pour l'entraînement du compresseur d'air dans laquelle la roue dentée d'entraînement du compresseur d'air est montée avec une orientation définie sur le vile- brequin de ce compresseur, en même temps que la transmission entre cette roue dentée du compresseur d'air et la roue dentée de l'arbre à cames du moteur est réalisé pour que le cycle de fonctionnement du compresseur d'air corresponde a un multiple entier du cycle de fonctionnement de l'arbre à cames. L'invention permet d'éviter l'addition des valeurs négatives des couples du compresseur d'air et de l'arbre à cames. Les valeurs négatives gênantes de couple du compres- seur d'air sont compensées par le couple positif plus impor- tant d'entraînement de l'arbre à cames. On évite alors une décélération non souhaitée de la roue dentée de l'arbre à cames ainsi que les impulsions correspondantes sur le reste des engrenages. Subsiste pourtant à toute sa valeur la décélération de la roue dentée du compresseur d'air lui- même par suite de la détente en retour du compresseur d'air. Il est vrai que son impulsion doit être supportée par la roue dentée de l'arbre à cames, mais grâce à la disposi- tion décrite plus loin du tracé des couples elle ne conduit à aucune accélération négative de la roue dentée de l'arbre à cames. Suivant un perfectionnement de l'invention, cette impulsion inévitable de la roue dentée du compresseur d'air, cognant en sens contraire au sens de rotation la roue dentée de l'arbre à cames, peut être tenue à une valeur assez faible pour éviter les bruits gênants au moyen d'un jeu serré entre les dents en prise des deux roues dentées. D'autres caractéristiques de l'invention ainsi que leurs avantages apparaîtront au cours de la description qui sera donnée maintenant d'un exemple de réalisation; on se reportera aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe de la commande auxiliaire d'un compresseur d'air, dont la roue dentée d'en- traînement engrène avec une roue dentée montée sur l'arbre à cames, - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne Il-II de la figure 1, - la figure 3 est une représentation graphique du 4 2 6 22627131 tracé des couples de l'arbre à cames et du compresseur d'air sur une période de fonctionnement de 720 du vilebrequin, la durée d'une révolution du compresseur d'air ne corres- pondant pas, ainsi qu'il est connu,à un multiple entier d'un cycle de fonctionnement de l'arbre à cames. - la figure 4 est une représentation graphique analogue à la figure 3, o la durée d'un cycle de fonction- nement du compresseur d'air selon l'invention correspond à un multiple entier du cycle de fonctionnement de l'arbre à cames, le calage angulaire du vilebrequin de compresseur étant défini par rapport à l'arbre à cames. - la figure 5 est une représentation graphique analogue à la figure 3, o la durée d'une révolution du compresseur d'air correspond à un multiple entier du cycle de fonctionnement de l'arbre à cames, mais le calage du vilebrequin de compresseur d'air n'est pas défini par rapport à l'arbre à cames. Sur les figures 1 et 2 une roue dentée 1 montée sur le vilebrequin d'un moteur à combustion interne entraîne par une roue dentée intermédiaire 2 une roue dentée 3 montée sur un arbre à cames et une roue dentée 4 d'une pompe à injection. L'arbre à cames est désigné par la référence 5. Ce dernier arbre commande par l'intermédiaire de poussoirs 6, de tiges 7 de culbuteurs et de culbuteurs 8, des soupapes 9 montées dans la culasse du moteur. Avec la roue dentée 3 de l'arbre à cames engrène une roue dentée 10 d'entraînement d'un arbre-vilebrequin 17 qui fait partie d'un compresseur d'air 11. Dans cet exemple d'un mode de réalisation, un réglage fin du jeu circonférentiel entre les dents de la roue 10 du compresseur d'air et la roue 3 de l'arbre à cames est obtenu à L'aide d'un excentrique 12 manoeuvrable de l'extérieur qui est disposé entre le carter 14 du moteur et le compresseur d'air 11. Par la rotation de l'excentrique 12, le jeu entre les dents se règle de façon précise. Mais le réglage de jeu peut aussi être 2627131 réalisé par un simple glissement du compresseur d'air 11 et le contrôle de l'intervalle entre les flancs des dents en prise des roues dentées 3 et 10 peut être fait à l'aide d'une cale d'épaisseur après démontage d'un bouchon fileté 15. On peut évidemment renoncer totalement au réglage du jeu entre les dents quand les roues dentées 3 et 10 peuvent être usinées avec des tolérances suffisamment étroites du fait de leurs dimensions ainsi que leur distance entre axes. Comme le représente la figure 2, une pompe hydraulique 16 d'un circuit de direction ou d'assistance peut encore être accouplée au compresseur d'air 11. La disposition des roues dentées représentée en particulier sur la figure 1 présente l'avantage qu'un tel mode d'entraînement de la pompe d'injection et de l'arbre à cames disposés respectivement sur les côtés gauche et droit du moteur peut s'effectuer à l'aide de roues dentées de faibles dimensions, peu onéreuses. On peut en outre, en utilisant un rapport de nombres premiers entre les nombres de dents des roues 1,3 et 4 par rapport à la roue intermédiaire 2, assurer qu'à l'instant des pointes de charges respectives et de l'engrènement desdents A,B et C très sollicitéesles flancs de dents différentes viennent respectivement en prise, et minimiser ainsi la possibilité d'une usure rapide qui se produirait dans le cas o les mêmes flancs des dents devraient toujours supporter les pointes de charges, de sorte que la denture peut être plus Légère et plus économique. La figure 3 montre sur une période de fonction- nement de 720 de l'arbre-vilebrequin le couple d'entraî- nement en trait interrompu de l'arbre à cames 5 d'un moteur à quatre cylindres. Elle présente quatre cycles de fonction- nement correspondant chacun à 180 du vilebrequin et ayant chacun une faible durée 13 de couple à valeur négative. Au couple d'entraînement de l'arbre à cames est superposé le couple d'entraînement (en trait plein) du compresseur d'air 11 avec la partie négative 18 qui résulte de la détente en retour. Le rapport 6 2627131 de transmission entre La roue dentée 3 de l'arbre à cames et La roue dentée 10 du compresseur d'air est choisi, par exemple, en fonction du débit d'air souhaité d'une manière telle que pendant une rotation de 360 du compresseur d'air un décalage de phase de 30 se produise par rapport au vile- brequin (c'est-à-dire qu'une rotation de 360 du compresseur d'air correspond à 390 du vilebrequin). Avec une durée du cycle de fonctionnement de l'arbre à cames de 180 , la posi- tion de départ (position de phase initiale) entre le compres- seur d'air et l'arbre à cames se répète tous les : 30 = six rotations du compresseur d'air. Pendant ces six rotations les couples maximaux négatifs du couple d'entraînement du compresseur d'air et de l'arbre à cames s'additionnent une fois. Ceci conduit, particulièrement, dans le cas de la marche à vide du moteur avec une moindre énergie cinétique des masses en rotation, à une décélé- ration de la roue dentée 3 de l'arbre à cames, qui se pro- page dans le reste des engrenages sous forme d'une impul- sion de choc clairement audible et engendre un bruit régulier, périodique. Sur la figure 4, la décélération de la roue dentée 3 de l'arbre à cames est évitée maintenant par le fait que la transmission entre la roue dentée 10 d'entraînement du compresseur d'air et la roue dentée 3 de l'arbre à cames fait que le cycle de fonctionnement du compresseur d'air est un multiple entier du cycle de fonctionnement de l'arbre à cames. Par exemple un cycle entier (360 ) du compresseur d'air correspond exactement à deux cycles de fonctionnement de l'arbre à cames de 180 chacun, ce qui est particuliè- rement avantageux dans un moteur à quatre cylindres. On obtiendrait le même rapport du nombre de rotations entre le moteur et le compresseur d'air sur un moteur comparable à six cylindres pour trois cycles de fonctionnement de l'arbre à cames par révolution du compresseur d'air, ce qui corres- pond au multiple entier 3. 7 2627131 En outre, la roue dentée 10 d'entraînement du compresseur d'air est montée avec une orientation sur le vilebrequin 17 du compresseur d'air (en vue d'une dispo- sition précise et correcte des dents, donc de l'engrènement). En même temps est fixée la position angulaire du vilebrequin 17 du compresseur d'air par rapport à l'arbre à cames 5 (ce qui résulte finalement de la position angulaire correcte des roues dentées 10 et 3). La disposition décrite entraîne une compensation optimale des couples négatifs 18 du compres- seur d'air 11par les valeurs positives 20 du couple de l'arbre à cames 5. Une réduction généralement incomplète mais la plupart du temps suffisante des couples négatifs 18 mentionnés par les valeurs positives 20 du couple peut être obtenue aussi quand il est renoncé à une orientation précise de la roue dentée 10 d'entraînement du compresseur d'air. Mais ceci n'est possible que si le pas des dents est faible et que le défaut maximal, sans orientation définie d'un demi-pas res- pectivement dans le sens de rotation ou le sens inverse n'interfère pas défavorablement sur l'effet du montage fixe conforme à l'invention du vilebrequin 17 du compresseur d'air par rapport à l'arbre à cames 5. Pour faciliter la compréhension, la figure 5 montre qu'avec un montage non orienté (du vilebrequin de compresseur d'air par rapport à l'arbre à cames), malgré un rapport de transmission des roues dentées 3 et 10 corres- pondant à un multiple entier du cycle de fonctionnement de l'arbre à cames, les couples négatifs (18, 13) du compresseur d'air et de l'arbre à cames peuvent s'additionner de façon non souhaitée pour créer une valeur maximale négative 21 du couple. Dans les moteurs à plus grand nombre de cylindres, le couple d'entraînement de l'arbre à cames ne présente souvent plus de valeur négative. Entre les cycles indivi- duels de fonctionnement de l'arbre à cames, son couple d'en- 8 2627131 tra nement tombe pourtant à des valeurs faibles qui ne sont qu'à peine positives, de sorte que Le couple négatif du compresseur d'air peut agir presque totalement à ces moments. Pour éviter sûrement les impulsions bruyantes, il est pro- posé aussi dans ce cas un montage orienté du compresseur d'air procurant un multiple entier du cycle de fonctionnement de l'arbre à cames, de façon que les valeurs négatives du couple d'entraînement du compresseur d'air soient compensées par le couple positif d'entraînement de l'arbre à cames. 9 2627131 REVENDI CATIONS 1. Transmission auxiliaire sur un moteur a combus- tion interne pour un compresseur d'air, qu' a la consti- tution d'un compresseur à piston avec un piston guidé dans un cylindre, et dans lequel le piston est entraîné au moyen d'une bielle motrice à partir d'un vilebrequin muni d'une roue dentée d'entraînement, qui est entraînée elle-même au moyen de roues dentées à partir de l'arbre de sortie du moteur à combustion interne, la roue dentée d'entraînement du compres- seur d'air engrenant avec une roue dentée montée sur l'arbre à cames, caractérisé en ce que la roue dentée (10) d'entrai- nement du compresseur d'air est montée avec une orientation définie sur le vilebrequin (17) du compresseur d'air, la transmission entre la roue dentée (10) d'entraînement du compresseur d'air et la roue dentée (3) de l'arbre à cames est réalisée pour que le cycle de fonctionnement du compres- seur d'air corresponde à un multiple entier du cycle de fonctionnement de l'arbre à cames et, en même temps, la posi- tion angulaire du vilebrequin (17) du compresseur d'air est fixée par rapport à l'arbre à cames (5) de telle façon que les valeurs négatives (18) de couple du vilebrequin (17) du compresseur d'air sont éliminées par leur recouvrement par des valeurs positives (20) du couple de l'arbre à cames (5). 2. Transmission auxiliaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'engrènement de la roue dentée (10) du compresseur d'air avec la roue dentée (3) de l'arbre à cames (5) se fait avec un jeu circonférentiel faible entre les flancs des dents déterminé par des tolérances très étroites. 3. Transmission auxiliaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'engrènement de la roue dentée (10) du compresseur d'air avec la roue dentée (3) de l'arbre à cames (5) se fait avec un jeu circonférentiel faible entre les flancs des dents déterminé par un dispositif de réglage comprenant un excentrique (12).