Brevet FR2669676A1 — publié le 19920529

L'objet de la présente invention est un palier modifié du vilebrequin d'un moteur a combustion interne. Le palier selon l'invention est excentré par rapport å l'axe du vilebrequin et comporte un palier intermédiaire qui supporte le tourillon du vilebrequin. Quand on fait pivoter ce palier intermediaire, le vilebrequin change sa position par rapport au bloc et, par conséquent, le taux de compression change aussi. Le vilebrequin d'un moteur étant supporté par plusieurs - au moins deux - paliers, il est nécessaire de relier les paliers intermediaires entre eux pour assurer la simultaneité de leur mouvement. Selon l'invention, les paliers intermediaires sont connectés a un arbre dont le rôle est d'assurer cette synchronisation. NOTA: Pour éviter la confusion dans l'interprétation des termes comme haut, bas, vertical, horizontal etc, nous précisons que dans la description ainsi que dans les revendications nous allons considérer un moteur dont l'axe du vilebrequin est horizontal, les axes des cylindres verticaux et les cylindres sont positionnés au-dessus du vilebrequin. Bien entendu, ceci n'empêche pas l'application du dispositif selon l'invention aux moteurs dont la configuration est différente, qui sont iflcflnés,; inversés etc. Par souci de concision, nous allons par la suite (sauf dans les revendications) appeler les paliers intermediaires interPaliers et l'arbre les reliant serveur. Le but de l'invention est de permettre l'adaptation du taux de compression du moteur aux conditions instantanées de son exploitation. Le rendement thermique d'un moteur dépend directement de son taux de compression. Plais la majorité des moteurs, surtout des ceux employés dans les véhicules, n'est que rarement utilisée au maximum des leurs possibilités. La modulation de la puissance est en général réalisée par etouffement de l'aspiration, donc par une diminution de quantité du melange combustible admis dans les cylindres. Ceci a pour conséquence la diminution des pressions aussi bien å la compression qu'a l'explosion. Le moteur travaille en réalite avec un taux de compression inférieur å son taux nominal. Son rendement thermique baisse et sa consommation spécifique augmente.On a donc interet a maintenir le taux de compression volumique å sa valeur optimale, ce qui peut être obtenu par la variation du taux de compression géométrique. Ce phenoméne est particulièrement accentué sur les moteurs turbocompressés. Ceux-ci doivent avoir un taux de compression inférieur pour contrecarrer l'augmentation de pression due au compresseur. L'e++icacité de ce dernier aux faibles allures diminue et les caractéristiques du moteur se dégradent. Le problème est bien connu et il a été deja proposé plusieurs possibilités de réalisation de moteurs à taux de compression variable. Certaines envisagent soit l'articulation d'embiellage ou utilisation des pistons doubles, ce qui augmente le poids des pièces en mouvement et complique considérablement le mécanisme. D'autres créent dans la culasse un petit cylindre muni d'un piston auxiliaire, dont le déplacement fait varier le volume de la chambre de combustion, mais au détriment de la compacité et simplicité de sa forme. Le petit diamètre de ce piston auxiliaire par rapport au diamètre du piston principal nécessite une course importante pour obtenir les variations de taux de compression significatives et en plus il devient difficile d'y loger les soupapes. Enfin, il existe des propositions avec la position du vilebrequin réglable par rapport au bloc de cylindres. Mais ces dernières ont en général un inconvénient majeur: les paliers du vilebrequin sont supportés par un cadre articulé selon un axe avec un élément de réglage du côté opposé. Bien entendu, l'axe d'articulation du cadre ainsi que sa,barre longitudinale reliant les bras transversaux qui supportent les paliers doivent être obligatoirement hors de la trajectoire des têtes de bielles, laqulle détermine l'encombrement du carter. Il en résulte une augmentation de la largeur du moteur et, ce qui est plus grave, le cadre étant sollicité surtout en flexion peut être générateur des sérieuses vibrations. La présente invention a pour but d'éliminer ces inconvénients. Les paliers du vilebrequin selon l'invention sont doubles: les paliers principaux restent partie intégrante du bloc-moteur, mais sont complétés par les interpaliers de forme cylindrique, dont l'axe est excentrée par rapport à l'axe des cylindres. Dans ces interpaliers sont amenagés les logements du vilebrequin, dont l'axe est situé sensiblement dans le plan des axes des cylindres. Gråce a l'excentricité des paliers par rapport a l'axe du vilebrequin, la rotation des paliers intermédiaires selon leur axe engendre le déplacement du vilebrequin par rapport au bloc-moteur selon un arc de cercle.Il en résulte d'une part le décentrement du vilebrequin par rapport a l'axe du ou des cylindres (composante horizontale), d'autre part une variation de taux de compression comme conséquence de rapprochement ou éloignement du vilebrequin par rapport au bloc-cylindres (composante verticaleS. L'excentricité (E) du palier est fonction de ce mouvement vertical et et de l'angle de rotation As. Il est préférable de repartir l'angle de rotation symétriquement par rapport à 1' horizontale, ce qui donne A' = A/2 dY' = dY/2 E = dY'Xsin A' Le décentrement du vilebrequin par rapport au plan des axes de cylindres peut aussi être reparti symétriquement et donc dx' = E(1-cos A')/2 Le choix judicieux de l'excentricité et de l'angle de rotation permet de minimiser le décentrement à une valeur négligeable. Même pour la valeur extrême de rotation entre + et -90 par rapport a l-'horizontale, dY = Ymax - Ymin = 2 E, tandis que d,\'max = E, mais étant donné la possibilité de répartir cette valeur symétriquement par rapport a l'axe des cylindres, le décentrement d,K' ne dépasserait E,'S, c'est à dire 1/4 de déplacement vertical. Si on envisage de faire varier le taux de compression entre 8 et 30, on s'apperçoit que cette étendue nécessite le déplacement du vilebrequin d'environ 11% de la course du piston. En prenant pour l'excentricité 2W/ de la course, il en résulte une amplitude angulaire d'envi'ron 25'@ repartie symétriquement par rapport à l'horizontale. Le décentrement du vilebrequin par rapport à l'axe du cylindre n'est dans ce cas que de 0,3% de la course environ, ce qui est négligeable. Ce qui est important est que ces valeurs permettent de réaliser les interpaliers d'un diamètre suffisament petit pour etre logés à lintérieur d'un carter sans en augmenter la largeur.Les dessins qui accompagnent la présente invention sont d'ailleurs basés sur des moteurs existants dont les proportions et la forme du bloc ont été respectés. Bien entendu, les charges que chaque palier doit supporter sont variables en fonction des cycles de travail des cylindres respectifs, il est donc nécessaire d'assurer l'alignement des paliers pour éviter les déformations du vilebrequin. À cet effet les interpaliers sont réliés par les biellettes aux bras d'un arbre serveur, dont la rigidité torsionnelle garantit leur alignement. L'arbre serveur est de préférence situé en dessous du vilebrequin, hors de la trajectoire des têtes de bielles et il est supporté par les paliers intégrés aux chapeaux des paliers principaux. Grce à l'inégalité des bras, les efforts supportés par cet arbre sont nettement inferieurs aux forces produites par les pressions sur les pistons et par les forces d'inertie, transmises par le vilebrequin au palier. En fait, la valeur d'excentricité est déterminée surtout par la nécessité de maintenir les bras de l'arbre serveur hors la trajectoire des tètes des bielles et par le souci de minimiser l'incidence du jeu dans la liaison entre interpaliers et l'arbre serveur, qui croit avec l'angle de rotation de ces éléments. Sur un moteur multicylindre à quatre temps avec le vilebrequin non démontable, pour faciliter l'assemblage, les interpaliers seront divisés en deux pièces selon un plan qui passe par l'axe du vilebrequin et par l'axe de biellette qui relie l'interpalier å l'arbre serveur. L'arbre serveur peut avantageusement assumer la transmission du mouvement entre le dispositif de commande et l'interpalier. Le dispositif de commande peut être un vérin hydraulique ou pneumatique, un moteur électrique, divers liaisons mécaniques assiervies ou pas etc. Les moyens de contrôle de ce dispositif peuvent être divers: le bottier électronique régissant l'injection et l'allumage, la commande mécanique directement reliée a l'accélérateur, ils peuvent etre asservis par détecteur de cliquetis etc. Tout cela n'est pas l'objet de la présente invention, qui se limite uniquement au paliers intermediaires excentriques et leur arbre serveur Les dessins annexés fig. I a 4 présentent, a titre d'exemple, une possibilité de réalisation d'un moteur selon l'invention. Par souci de clarté des dessins, l'équipage mobile .'vilebrequin, bielles, pistons) ainsi que la culasse ne sont pas représentés.D'ailleurs, par rapport au moteur classique, ces éléments ne subissent pas de modifications. La figure I présente en coupe transversale le moteur équipé des paliers intermédiaires selon l'invention. La figure 2 présente l'emplacement du vérin hydraulique de commande dans le bloc-cylindres. La figure 3 est une coupe longitudinale de ce moteur, illustrant la liaison entre l'interpalier et l'arbre serveur, ainsi que le mode de fixation de ces eléments dans le carter. La figure 4 illustre en coupe horizontale la liaison des biellettes avec l'arbre serveur ainsi que la coupe horizontale des interpal iers et l'ancrage des biellettes. Les figures représentent le bloc moteur avec le demi-carter supérieur (1), les chemises (2) et le demi-carter inférieur en tôle (3). Le demi-carter supérieur incorpore les demi-paliers fixes Dans chaque interpalier est créé le logement pour le tourillon du vilebrequin muni des coussinets (7a, 75), ainsi que le logement pour l'axe (8) des biellettes (9). Les bielletes (9) relient l'interpalier es, par les axes (12) avec les bras 110) de l'arbre serveur (11). L'arbre serveur est logé dans l'extension des chapeaux (5) complétés par les petits chapeaux (14). Sur l'arbre serveur sont fixés, de préférence vers le milieu de sa longueur,les bras de force (15) (dans le cas présent les extensions des bras 10), reliés par une bielle (16) avec un vérin hydraulique double action (17). L'arbore serveur Pour ne pas augmenter l'encombrement longitudinal du moteur, les paliers (4) avec leurs chapeaux (5) sont plus étroits que sur le moteur normal. Par contre les interpaliers es, ont la largeur nécessaire, déterminée par la surface des coussinets (7) en fonction de la charge. Cette différence d'épaisseur permet de loger les biellettes (9) de chaque côté du chapeau de fanon a ne pas dépasser la largeur des coussinets. Pour leur maintien latéral, les interpaliers sont munis d'une gorge (13). Pour permettre la rotation de l'interpalier ', par rapport aux biellettes (9), qui restent pendant le mouvement en position verticale, on pratique sur les côtés des interpaliers un évidement (18). Cette description concerne une possibilité de realisation de la présente invention. D'autres variantes sont évidemment possibles sans pour autant remettre en cause le principe de l'interpalier et de sa relation avec l'arbore serveur. Ces variantes concernent donc essentiellement le mode d'accouplement de ces deux éléments et différents types de commande de leur mouvement. Les modes d'accouplement peuvent étre différents systèmes de biellettes, culbuteurs, engrenages ou leur segments etc. Le dispositif permettant de transmettre la rotation du vilebrequin, dont la position de l'axe est variable, à un arbre de sortie a l'axe fixe ne fait pas partie de la presente invention. La présente invention est destinée particulièrement aux moteurs à combustion interne sans distinction de mode de fonctionnement, qui peut etre le cycle Potto ou Diesel, à deux ou quatre temps. Il peut toutefois être appliqué a tout autre mécanisme qui nécessite l'emploi d'un arbre coudé à manivelles (vilebrequin) acouplé aux bielles dont le fonctionnement peut être amélioré par une variation de position des points morts de déplacement de ces dernières. REVENDICATIONS 1) Paliers du vilebrequin d'un moteur à combustion interne caractérisés par les faits suivants: -Leur axe est excentré par rapport a l'axe du vilebrequin dans le sens perpendiculaire à l'axe du ou des cylindres. -En complément aux paliers principaux (4,5) liés solidement au bloc-moteur ils comportent des paliers intermédiaires (6). -Les paliers intermédiaires (6) sont de forme cylindrique et peuvent pivoter a l'intérieur des paliers principaux. Leur mouvement rotatif est limité et contrôle par le moyens revendiqués ci-apres. -Dans les paliers intermédiares (6) sont incorporés les coussinets (7) ou les roulements du vilebrequin, selon le type du moteur et de la construction du vilebrequin. Grâce a l'excentricité des paliers par rapport a l'axe du vilebrequin, la rotation des paliers intermédiaires (6) selon leur axe engendre le déplacement du vilebrequin (non représente, par rapport au bloc-moteur 2) Un dispositif complémentaire des paliers intermédiaires es, selon la revendication 1, sous forme d'un arbre (11), paralléle au vilebrequin, caractérisé en ce qu'il est muni de bras (10) réliés par les biellettes (?) au dits paliers intermédiaires (6), afin de synchroniser le mouvement rotatif de ces derniers. Il peut éventuellement transmettre à ces paliers intermédiaires