Brevet FR2633012A1 — publié le 19891222

La présente invention concerne un ensemble vile- brequin pouvant donner une course de piston variable et, par conséquent, un moteur à taux de compression varia- ble. Le brevet des E.U.A. n 4 485 768 était basé sur un moteur capable de travailler sur toute une gamme de courses et de taux de compression. Le mécanisme de trans- mission du moteur comprenait des jeux d'engrenages pré- vus pour déplacer l'axe de rotation du vilebrequin du mo- teur afin de modifier la course effective du maneton et la course du piston. Le mécanisme proposé représentait certes une contribution essentielle à la technologie des moteurs, mais on pouvait lui reprocher 'la complexité du moteur. La technique antérieure du moteur à course varia- ble, telle qu'elle est définie dans le brevet des E.U.A. précité, est incorporée dans le présent mémoire à titre de référence dans la mesure o elle peut être appliquée à l'invention. Le brevet des E.U.A. 3 861 239 décrit une biel- le de moteur tourillonnée sur un excentrique. La technique antérieure des moteurs comprend des moteurs possédant des chambres de combustion complé- tées de chambres auxiliaires qui ont pour mission de per- mettre de faire varier le taux de compression du moteur, selon le brevet des E.U J.A. n 4 182 288. Par ailleurs, la technique antérieure comprend des moteurs à pistons oppo- ses dans lesquels un coulisseau est monté sur levier et se déplace autour d'un pivot réglable qui permet de fai- re varier la course du piston, comme ceci est décrit dans le brevet britannique 229 430. Pour certaines raisons, les types de moteurs comportant des mécanismes permettant de faire varier le taux de compression n'ont pas donné naissance à des moteurs acceptés par le public. Un inconvénient apparent des types de moteurs déjà connus consiste en ce que les modèles proposés sont lourds, d'une fiabilité douteuse et comprennent des organes qui sont soumis à des charges inacceptables. En outre, les moteurs à course variable déjà proposés ont pour résultat des moteurs possédant un encombrement trop important, comme dans le cas du moteur décrit dans le brevet des E.U.A. n 4 270 495. Le brevet des E.U.A. n03 686 972 décrit un excentrique monté sur un maneton de vi- lebrequin. L'invention est mise en oeuvre dans un ensemble vilebrequin utilisant un excentrique porté par un mane- ton, l'excentrique étant commandé pour permettre de ré- gler la course du piston. Dans l'ensemble vilebrequin selon l'invention, un maneton porte une bague excentrique qui peut être po- sitionnée en position augulaire par variation infinie au- tour de l'axe du maneton pour modifier la trajectoire or- bitale d'un composant entraîné par les pistons comme, par exemple, le coulisseau d'un moteur du type à comman- de à coulisse ("scotch yoke"). Les moyens de positionne- ment de l'excentrique possèdent un train d'engrenages comportant lui-même des pignons mobiles qui, lorsqu'ils sont mis en mouvement, accélèrent ou décélèrent momenta- nément un pignon de positionnement de l'excentrique pour modifier la position de l'excentrique en rotation. Il est prévu des moyens de commande de l'excentrique qui ré- pondent à un ou plusieurs paramètres du moteur en assu- rant l'exécution automatique du positionnement de l'ex- centrique et, par conséquent, des variations de la cour- se. Les moyens de positionnement de l'excentrique sont d'une conception compacte de manière à pouvoir être in- corporés dans des blocs moteurs de dimension et de confi- guration classique. Les moyens de positionnement de l'ex- centrique utilisés tiennent compte des problèmes de vi- tesse des paliers et visent à réduire les pertes d'éner- gie et l'usure dues au frottement. D'importants objectifs de l'ensemble vilebre- quin selon l'invention consistent à réaliser un mécanis- me compact qui puisse être logé dans le bloc moteur et être entratné directement par prise du mouvement sur l'ensemble vilebrequin du moteur, et qui soit capable de positionner un excentrique pour déterminer la longueur de la course du piston; et à réaliser un ensemble vile- brequin à taux de compression variable qui utilise un ex- centrique pour modifier l'orbite d'un coulisseau autour de l'axe du vilebrequin, la trajectoire orbitale détermi- nant la longueur de la course du piston et le taux de compression du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre, d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue éclatée de l'ensemble vilebrequin selon l'invention, avec certains composants du bloc moteur représentés en transparence; la figure 2 est une vue en élévation en bout prise de l'extrémité gauche de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe verticale pri- se approximativement selon la ligne 3-3 de la figure 1; et la figure 4 est une vue en élévation avant de l'embiellage à coulisse d'un moteur à commande & coulis- se, indiqué en transparence. On se reportera maintenant aux dessins sur les- quels les numéros de référence désignent des éléments qui sont identifiés de la même fagon ci-après. La réfé- rence 1 désigne le vilebrequin de l'ensemble selon l'in- vention. Le vilebrequin comprend un flasque 2 qui est d'une seule pièce avec un contrepoids 3. Le vilebrequin est de préférence de construction tubulaire. Un maneton 4 est porté par le flasque 2. On a indiqué en 5 des moyens entraînés par les pistons, tels qu'un coulisseau, lorsque l'ensemble vile- brequin selon l'invention est utilisé dans un moteur du type à commande à coulisse. Bien qu'on utilise le terme de coulisseau dans la description pour faciliter la com- préhension de l'invention, il va de soi qu'on pourrait utiliser au lieu d'un coulisseau un coussinet sur lequel on pourrait tourillonner une ou plusieurs bielles. On a indiqué en 6 un excentrique porté par le maneSon 4 et qui est logé dans un alésage 5A ménagé dans le coulisseau 5. Un pignon 8 est monté sur la bague ex- centrique 7 et fait saillie au-delà du coulisseau. Ainsi qu'on l'expliquera dans la suite, le pignon 8 détermine le positionnement de la bague excentrique 7 en position angulaire autour du maneton 4. Le lobe de la bague excen- trique est indiqué en 7A. On a indiqué d'une façon générale en 10 des moyens de positionnement de l'excentrique qui compren- nent un premier pignon 11 porté par un bras 12 du vile- brequin qui présente un bossage 13. Des tétons 15 prévus sur le premier pignon se logent dans des perçages défi- nis dans le bossage. L'extrémité extérieure du bras 12 du vilebrequin est fixée à l'extrémité du maneton 4 à l'aide d'un élément de blocage 16 qui se loge dans un perçage 4A prévu dans le maneton. Il ressort de ce qui précède que, lorsque le maneton 4 orbite autour de l'axe A du vilebrequin, la rotation est imprimée au premier pi- gnon 11 par l'intermédiaire du maneton 4 et du bras 12 du vilebrequin. Un jeu d'engrenages comprenant des pignons 17, 18 et 20 est entraîné grâce au fait que le pignon 17 est en prise avec le premier pignon 11. Le pignon 20 du jeu d'engrenages entraîne des pignons jumelés 21 et 23 mon- tés sur un arbre commun 22. L'arbre 22 traverse le bossa- ge 13 du bras et le premier pignon 11 monté sur cet ar- bre. En conséquence, pendant le fonctionnement du mo- teur, les vitesses de rotation des pignons seront unifor- mes (à l'exception de celle du pignon 8 qui orbite au- tour de l'axe A du vilebrequin), ce qui a pour effet que la relation entre la bague excentrique 7 et le coulis- seau 5 reste inchangée. La bague excentrique 7 peut être positionnée en rotation autour de l'axe B du maneton. Il va également de soi que, pendant le fonctionnement du mo- teur, et en l'absence de la manoeuvre de moyens de com- mande 30, les pignons 11, 21 et 23 tournent à la vitesse du vilebrequin et dans le même sens que le vilebrequin. Des moyens porteurs sont prévus pour déplacer certains pignons du jeu d'engrenages; plus précisément les pignons 18 et 20 pour modifier la vitesse de rota- tion des pignons jumelés 21 et 23 sur l'arbre 22. Ces moyens porteurs sont représentés sous la forme d'un pa- rallélogramme déformable 25, 26 25, 26 et 27 dont les biellettes sont percées de trous pour recevoir des ar- bres en porté-à-faux 28 et 29 qui portent respectivement les pignons 18 et 20. Des moyens de commande indiqués en impriment un mouvement aux biellettes 25, 26 et 27 pour faire tourner les pignons 18 et 20 autour des pi- gnons 17 et 21 respectivement. L'extrémité proximale de la biellette 25 oscille autour d'un arbre 32 porté par des supports 33 et 34, lesquels portent aussi le bossage 13 du bras du vilebrequin et l'arbre 22. Les moyens de commande 30 se terminent par un accouplement (non repré- senté) qui les relie à un actionneur qui imprime un mou- vement, comme indiqué en 31, l'actionneur étant du type qui répond à des signaux représentatifs de certains para- mètres sélectionnés du moteur. Par exemple, l'actionneur des moyens de commande peut être un moteur électrique du type pas-à-pas qui répond à des signaux électriques en- gendrés par un ordinateur. Il ressort de ce qui précède que l'on peut fai- re varier la longueur de la course du piston en position- nant le lobe 7A de l'excentrique en rotation autour de l'axe B du maneton. Par exemple, le déplacement de bas en haut de la commande -30 diminue momentanément la vites- se de rotation du pignon 18, du pignon 20 et des pignons jumelés 21 et 23 qui sont montés sur l'arbre 22. Si le maneton 4 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre et que le pignon 23 est momentanément ralenti ou freiné, on voit que la bague excentrique 7 ou, plus précisément, le lobe 7A de cette bague, change de position autour de l'axe B du maneton pour prendre sa position représentée en traits interrompus sur la figure 3. Le coulisseau 5 aura maintenant une plus grande orbite, comme ceci est représenté par la position en traits interrompus sur la figure 3. La plus grande orbite du coulisseau 5 se tra- duit par un accroissement de la longueur de la course du piston d'une distance égale à 2X, pour donner un taux de compression élevé. Pour revenir à la configuration de faible taux de compression ou de course réduite qui est représentée en traits continus sur la figure 3, on abaisse la comman- de 30, ce qui a pour résultat que les pignons 18, 20 et les pignons jumelés 21 et 23 subissent momentanément un accroissement de leur vitesse de rotation pour ramener le lobe 7A de la bague excentrique à sa position en traits continus (faible taux de compression) de la figu- re 3. Ces variations momentanées de la vitesse de rota- tion du pignon 23 déterminent en conséquence une rota- tion partielle du pignon 8 et de la bague 7 autour de l'axe B du maneton, lorsque la totalité de l'ensemble vi- lebrequin tourne autour de l'axe A. Les surfaces 5B et SC du coulisseau, qui sont en prise avec l'embiellage à coulisse Y du moteur, déterminent un accroissement de 2X de la longueur de la course de l'embiellage dans les deux sens, ce qui se traduit par une modification de 2X de la longueur de course totale des pistons P1 et P2. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui -35 vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C AT I O N S 1. Ensemble vilebrequin pour un moteur à taux de compression variable et à pistons alternatifs, carac- térisé en ce qu'il comprend: un ensemble vilebrequin comprenant lui-même un flasque (2), un maneton (4), un bras de vilebrequin (12), des moyens (5) entratnés par le piston, qui sont portés par le maneton, des moyens ex- centriques (6) qui comprennent une bague excentrique (7) tourillonnée sur ledit maneton (4) et interposée entre le maneton et lesdits moyens (5) entraînés par les pis- tons, lesdits moyens excentriques (6) comprenant un pi- gnon (8) monté sur excentrique, de telle manière que la rotation réglée des moyens excentriques par rapport au - maneton modifient la relation spatiale des moyens excen- triques et des moyens (5) entraînés par les pistons par rapport à l'axe (A) du vilebrequin, pour modifier la lon- gueur de la course du piston, et des moyens (10) de posi- tionnement de l'excentrique, qui comprennent un train d'engrenages comprenant lui-même un premier pignon (11) entraîné par ledit bras (12) du vilebrequin pour tourner autour de l'axe (A) du vilebrequin, un jeu d'engrenages 17, 18, 20) entraîné par ledit pignon, et dont certains pignons (18, 20) sont mobiles, des moyens. porteurs (25, 26, 27) qui supportent lesdits certains pignons (18, ), des moyens de commande (30) accouplés auxdits moyens porteurs pour positionner ces derniers ainsi que lesdits pignons (18, 20), des pignons entraînés (21, 23), entraînés par ledit jeu d'engrenages (17, 18, 20), l'un (23) desdits pignons entraînés étant en prise avec ledit pignon (8) monté sur excentrique pour imprimer à ce dernier pignon une rotation d'un certain arc, afin de modifier la position relative entre la bague excentrique (7) et lesdits moyens (5> entraînés par les pistons, pour commander de cette façon la longueur de la course des pistons. 2. Ensemble vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (5) entraînés par les pistons sont constitués par un coulisseau (5) dans un moteur à commande à coulisse ("scotch yoke"). 3. Ensemble vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits certains pignons (18, ) sont constitués par une paire de pignons pouvant se déplacer en arc autour de différents axes, sous l'action desdits moyens de commande (30). 4. Ensemble vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier pignon (11) et lesdits pignons entraînés (21, 23) sont coaxiaux. 5. Ensemble vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bras (12) du vilebrequin accouple ledit maneton (4) audit premier pignon (11) pour entraîner ce pignon autour de l'axe (A) du vilebre- quin. 6. Ensemble vilebrequin selon la revendication , caractérisé en ce que lesdits pignons entraînés (21, 23) appartenant aux moyens (10) de positionnement de l'excentrique tournent autour d'un prolongement de l'axe (A) du vilebrequin. 7. Ensemble vilebrequin selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits pignons entraînés (21, 23) sont montés sur un arbre commun (22). 8. Ensemble vilebrequin selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit bras (12) du vilebrequin comprend un bossage (13) à travers lequel passe ledit ar- bre commun (22). 9. Ensemble vilebrequin pour moteur à pistons alternatifs et à taux de compression variable, caractéri- sé en ce qu'il comprend un vilebrequin (1) comprenant un maneton (4), un bras de vilebrequin (12) porté par ledit maneton, une bague excentrique (7) montée sur ledit mane- ton, un coulisseau (5) porté par ladite bague excentri- que et décrivant un trajet orbital qui détermine la lon- gueur de la course desdits pistons; un pignon (8) monté sur ladite bague excentrique (7), et des moyens (10) de positionnement de la bague excentrique, qui comprennent un pignon de commande (23) qui est en prise avec ledit pignon (8) porté par la bague excentrique, un arbre de commande (22) coaxial à l'axe de rotation (A) du vilebre- quin, des moyens (30) qui font momentanément croître ou décroître la vitesse de rotation dudit arbre de commande (22) par rapport à la vitesse du vilebrequin pour modi- fier la position de la bague excentrique (7) par rapport au coulisseau (5) et pour modifier de cette façon le tra- jet orbital du coulisseau. 10. Ensemble vilebrequin selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une extrémité dudit arbre de com- mande (22) fait saillie dans le plan de rotation du mane- ton.