Brevet FR2668201A1 — publié le 19920424

La présente invention a pour objet un dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volumétrique des moteurs à pistons. Les moteurs à pistons actuellement fabriqués possèdent, pour chacun des cylindres les constituants, une chambre d'explosion dont le volume est constant. Ce volume détermine le rapport volumétrique du moteur, il est calculé pour obtenir de chaque cycle moteur un rendement maximum lorsque le cylindre a atteint son taux de remplissage pratique maximum. En effet, le rendement thermodynamique du moteur est d'autant plus élevé que la pression reignant dans la chambre d'explosion en fin de compression est élevée. En pratique, cette condition de remplissage maximum du cylindre, condition nécessaire à l'obtention d'un rendement optimisé, n'est pas toujours atteinte, il s'ensuit une baisse notable du rendement lorsque le cylindre n'est que partiellement rempli de mélange gazeux. En effet, la chambre d'explosion ayant alors un volume trop important par rapport à la masse de gaz admis, la pression déterminante pour l'obtention d'un rendement optimisé est alors trop faible. Cette baisse de rendement est effective lorsque les moteurs sont utilisés à faible partie de leur puissance, c'est le cas par exemple des moteurs animant les automobiles Fréquemment utilisées à vitesse réduite et néanmoins capables de performances éle- vées. En effet, le canal d'admission volontairement étranglé par le papillon des gaz limite le remplissage du cylindre. Cette baisse de rendement est aussi effective à régime élevé, I'inertie de la colonne des gaz dans la tubulure d'admission et le frein constitué par la soupape d'admission sont alors en majeure partie responsables du mauvais remplissage du cylindre. Cet inconvénient est atténué sur les moteurs multisoupapes. Dans tous les cas de remplissage partiel du ou de leurs cylindres, le volume de la ou des chambres d'explosion des moteur, selon l'art antérieur, n'est plus approprié à un rendement maximum desdits moteurs. C'est pour remédier à cet inconvénient et conserver un rendement optimisé des moteurs en tous modes d'utilisation que le dispositif, selon l'invention, prévoit de faire varier durant leur fonctionnement le rapport volumétrique des moteurs à pistons en fonction du taux de remplissage du ou de leurs cylindres. Ceci en agissant sur le volume de leur(s) chambre(s) d'explosion. Ce dispositif selon l'invention qui comporte notamment pour une cylindrée: Une chemise cylindrique montée fixe par rapport au bloc moteur. Une chemise cylindrique mobile logée dans ladite chemise cylindrique fixe. Une crémaillère de commande. Un dispositif de contrôle de la crémaillère de commande. Et dont le fonctionnement nécessite: Des sondes transmettant divers paramètres de fonctionnement du moteur. Un ou plusieurs calculateurs ou dispositifs effectuant le traitement desdits paramètres. Un système permettant d'assujettir le dispositif de contrôle de la crémaillère de commande au résultat du traitement des paramètres en provenance desdites sondes. Se caractérise: a) en ce que la chemise cylindrique fixe peut aussi être un alésage directement usiné dans le bloc moteur et comporte: - une fenêtre située en sa partie inférieure, sous le niveau inférieur des chambres d'eau du bloc moteur ou du dispositif de refroidissement dudit moteur. - un filetage sur sa face intérieure constitué d'un filet ou de plusieurs filets parallèles. - une arrivée d'huile sous pression en provenance du circuit de graissage du moteur et débouchant sur sa surface intérieure. b) en ce que la chemise cylindrique mobile est placée coaxialement et à l'intérieur de la chemise cylindrique Fixe et comporte: - un filetage sur sa face extérieure constitué d'un filet ou de plusieurs filets paral lèles, ce filetage étant complémentaire avec celui de la chemise cylindrique fixe. - des segments disposés en sa périphérie supérieure garantissant l'étanchéité entre ladite chemise cylindrique mobile et la chemise cylindrique fixe. - des dents sur sa périphérie inférieure constituant l'une des parties d'un système d'engrènement. c) en ce que la crémaillère de commande est logée dans une cavité située parallèle ment à l'axe longitudinal du moteur à hauteur de la fenêtre de la chemise cylindrique fixe et comporte: - une pièce commune aux cylindres d'une même rangée du moteur, solidaire du dispositif de contrôle de crémaillère. - une pièce propre à chaque cylindre du moteur assujettie d'une part à la chemise cylindrique mobile par un système d'engrènement, d'autre part à ladite pièce commune aux cylindres d'une même rangée du moteur par une liaison semi-élastique. d) en ce que le dispositif de contrôle de la crémaillère de commande comprend selon une caractéristique de l'invention: - au moins un vérin hydraulique ou tout autre système permettant d'imprimer un mouvement de translation à la crémaillère de commande et rendu solidaire de ladite crémaillère de commande. - au moins un ressort de rappel de la crémaillère de commande à la position de repos. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue de face en coupe schématique du dispositif selon l'invention. - la figure 2 est une vue de droite en coupe schématique selon la ligne B-B de la figure l du dispositif selon l'invention. - la figure 3 est une coupe transversale schématique selon la ligne A-A de la figure 1 du dispositif selon l'invention. - la figure 4 est une coupe longitudinale schématique d'une partie de la crémaillère de commande illustrant les particularités de la liaison semi-élastique entre les deux pièces essentielles constituant ladite crémaillère de commande selon l'invention. - la figure 5 est une vue en perspective mettant en évidence la disposition des principaux éléments du dispositif selon l'invention lorsque ledit dispositif est installé sur chaque cylindre d'un moteur multicylindres. - la figure 6 est une vue en perspective éclatée du dispositif selon l'invention. Comme on peut le voir sur les figures, le dispositif selon l'invention vient s'insérer dans un environnement bien connu de l'art antérieur: les moteurs à pistons. On peut reconnaître notamment sur ces figures un piston (1), des soupapes (2, 28), un bloc moteur (3), une culasse (4), un vilebrequin (5), une bielle (6), une bougie d'allumage (7), une chambre d'explosion (23). La fonction de ces organes est, selon l'invention, inchangée eut égard à l'état anté- rieur de la technique. Le dispositif selon l'invention comporte essentiellement une chemise cylindrique fixe (8) qui peut aussi être un alésage réalisé directement dans le bloc moteur (3), une chemise cylindrique mobile (9), une crémaillère de commande composée essentiellement de deux pièces (21, 22), un dispositif de contrôle (11) de la crémaillère de commande. II comporte également divers accessoires (non représentés) tels que des sondes transmettant divers paramètres de fonctionnement du moteur, un ou plusieurs calculateurs ou dispositifs effectuant le traitement des informations en provenance des sondes et un système permettant d'assujettir le dispositif de contrôle (11) de la crémaillère de commande au résultat du traitement des informations en prove nance desdites sondes. La chemise cylindrique (8) montée fixe par rapport au bloc moteur (3) comporte en son embase une fenêtre (13) située sous le niveau inférieur des chambres d'eau (14) du bloc moteur (3), elle comporte en outre, sur sa face intérieure, une arrivée de lubrifiant en provenance du circuit de graissage du moteur (non représentée) et un filetage (12) composé d'un filet ou de plusieurs filets parallèles. La chemise cylindrique mobile (9) est montée coaxialement et à l'intérieur de la chemise cylindrique fixe (8). Son diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre intérieur de la chemise cylindrique fixe (8). Cette chemise cylindrique mobile (9) est caractérisée par le fait qu'elle comprend un filetage (16) sur sa face extérieure constitué d'un filet ou de plusieurs filets parallèles, ce filetage (1 6) est complémentaire avec le filetage (12) de la chemise cylindrique fixe (8), elle comprend en outre des segments (15) sur sa périphérie supérieure réalisant une étanchéité poussée entre elle et la chemise cylindrique fixe (8) à l'intérieur de laquelle elle est logée.Le montage tel que décrit induit, selon l'invention, que tout mouvement de rotation centré sur son axe longitudinal de la chemise cylindrique mobile (9) lui imprime un mouvement de translation parallèle audit axe longitudinal. La chemise cylindrique mobile (9) comprend des dents (17) droites et longues sur sa périphérie inférieure constituant l'une des parties d'un système d'engrènement. La crémaillère de commande est logée dans une cavité aménagée dans la bloc moteur (3) pourvue, selon l'invention, de surFaces de guidage. Ladite cavité est réalisée de telle manière qu'elle est placée perpendiculairement aux chemises du moteur et parallèlement à l'axe longitudinal dudit moteur, à hauteur de la fenêtre (13) réalisée en l'embase de la chemise cylindrique fixe (8), en regard de ladite fenêtre (13) et de sorte que soit défini un volume d'intersection commun à ladite cavité et au volume déterminé par l'intérieur de la chemise cylindrique fixe (8). Comme il apparaît particulièrement sur les figures 2,3 et 4, la crémaillère de commande est composée essentiellement de deux pièces (21, 22), I'une (21) directement solidaire du dispositif de contrôle (11), L'autre (22) solidaire d'une part de ladite pièce (21) solidaire du dispositif de contrôle (11) par une liaison semi-élastique, d'autre part assujettie à la chemise cylindrique mobile (9) au moyen d'un système d'engrènement constitué de dents (1 8) droites complémentaires des dents (17) de la chemise cylindrique mobile (9). Comme illustré sur la figure 2, le dispositif de contrôle (11) de la crémaillère de commande peut être, selon un mode particulier de réalisation, un vérin hydraulique (19). Ce vérin hydraulique (19) peut être monté solidairement de l'une des extrémités de la crémaillère de commande. II peut, selon un mode particulier de réalisation, comporter un ressort (20) de rappel à la position de repos du dispositif selon l'invention. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant : le dispositif de contrôle (11) de la crémaillère de commande reçoit un ordre de déplacement de la crémaillère de commande, cet ordre est matérialisé par exemple, par l'introduction dans le vérin hydraulique (19) d'un certain volume d'huile sous pression en provenance d'une pompe (non représentée), ledit volume ayant au préalable été calculé par le ou les dispositifs (non représentés) effectuant le traitement des informations en provenance des sondes paramétriques du moteur (non représentées). L'action du dispositif de contrôle (11) sur la crémaillère de commande a pour effet d'imprimer à ladite crémaillère de commande un mouvement de translation parallèle à son axe longitudinal.La chemise cylindrique mobile (9) assujettie à la crémaillère de commande par un système d'engrènement effectue à l'intérieur de la chemise cylindrique fixe (8) un mouvement de rotation, ledit mouvement de rotation est accompagné d'un mouvement de translation induit par les filetages (1 2, 16) dont l'amplitude est fonction de l'amplitude du mouvement de translation imprimé à la crémaillère de commande par le dispositif de contrôle (11). Avantageusement constitué de dents droites, le système d'engrènement crémaillère de commande / chemise cylindrique mobile (9) permet, selon l'invention, à la chemise cylindrique mobile (9) de glisser sur la crémaillère de commande, les dents (17) placées sur la périphérie inférieure de ladite chemise cylindrique mobile (9) étant plus longues que les dents (18) de la crémaillère de commande.Lorsque la chemise cylindrique mobile (9) effectue un mouvement de translation parallèlement à son axe longitudinal, elle fait varier le volume de la chambre d'explosion (23) étant plus ou moins introduite dans ladite chambre, la valeur maximum de cette variation de volume de la chambre d'explosion (23) est fonction de l'épaisseur, du diamètre et de la course de la chemise cylindrique mobile (9). En fonctionnement, la position de ladite chemise cylindrique mobile (9) est en permanence assujettie, selon l'invention, aux impératifs d'optimisation du rendement du moteur. Selon une caractéristique connue de l'art antérieur des moteurs à pistons, la pression reignant dans la chambre d'explosion desdits moteurs varie en fonction des différentes périodes caractérisant leur fonctionnement. Les fortes pressions reignant dans la chambre d'explosion (23) durant le temps moteur sont défavorables à la rotation de la chemise cylindrique mobile (9), en effet la pression exercée par les filets (16) de ladite chemise cylindrique mobile (9) sur les filets (12) de la chemise cylindrique fixe (8) constitue un frein important. Contrairement à cela, la transition d'un période dépressionnaire à une période compressionnaire de la chambre d'explosion (23) est particulièrement favorable à la rotation de la chemise cylindrique mobile (9) dans la chemise cylindrique fixe (8).C'est pour cette raison qu'avantageusement l'invention prévoit un dispositif matérialisé par la liaison semi-élastique entre les deux pièces principales constituant la crémaillère de commande (21, 22) permettant à la chemise cylindrique mobile (9) d'éffectuer son mouvement de rotation au moment opportun. Comme on peut le voir sur la figure 4, le dispositif constituant une liaison semi-élastique entre les deux pièces principales de la crémaillère de commande (21, 22) prévoit selon l'invention et suivant un procédé non restrictif de réalisation, que le mouvement de translation imprimé à la crémaillère de commande par le dispositif de contrôle (11) est directement appliqué à la pièce (21) solidaire dudit dispositif de contrôle (11).Si la pièce (22) assujettie à la chemise cylindrique mobile (9) est bloquée par ladite chemise cylindrique mobile (9), le mouvement de translation imprimé à la pièce (21) solidaire du dispositif de contrôle (11) par ledit dispositif de contrôle (11) est absorbé par un ressort (24, 29) par l'intermédiaire d'une bague (26, 30), la pièce (22) assujettie à la chemise cylindrique mobile (9) pouvant effectuer un mouvement de translation par rapport à la pièce (21) solidaire du dispositif de contrôle (1 1), ceci parallèlement à son axe longitudinal. La rotation de la chemise cylindrique mobile (9) s'effectue alors dès que les conditions de pression citées précédemment reignant dans la chambre d'explosion (23) sont requises, par action du ressort (24, 29) concerné.L'action du ressort (24, 29) peut avoir lieu en une ou plusieurs étapes jusqu'au contact de la bague (26, 30) sur l'arrêtoir (27). Au repos, ladite pièce (22) assujettie à la chemise cylindrique mobile (9) est maintenue en position par rapport à l'arrêtoir (27) faisant partie de la pièce (21) solidaire du dispositif de contrôle (11) par l'action antagoniste des deux ressorts (24, 29) par l'intermédiaire des deux bagues (26, 30). L'amplitude du mouvement de translation entre les deux pièces principales de la crémaillère de commande (21, 22) est limitée par la course maximum autorisée par les ressorts (24, 29). Toutes les pièces constituant cette liaison semi-élastique sont astreintes à un mouve ment de translation linéaire s'effectuant parallèlement à l'axe longitudinal de la cré- maillère de commande. En outre, I'étanchéité de la chambre d'explosion (23) est assurée entre la chemise cylindrique fixe (8) et la chemise cylindrique mobile (9) par des segments (15) montés sur la chemise cylindrique mobile (9). La lubrification des filets (1 2, 16) ainsi que des segments (15) montés sur la chemise cylindrique mobile (9) est assurée par l'arrivée de lubrifiant (non représentée) en provenance du circuit de graissage du moteur débouchant sur la face intérieure de la chemise cylindrique fixe (8). A titre d'exemple non limitatiF, les segments du piston (1) peuvent être verrouillés sur ledit piston par un système connu de l'art antérieur les empêchant de tourner avec la chemise cylindrique mobile (9). A titre d'exemple non limitatif, le filetage (12) de la chemise cylindrique fixe (8) peut être constitué de filet(s) rapporté(s) après usinage de ladite chemise cylindrique fixe puis soudé(s) sur celleci à leur extrémité. A titre d'exemple non limitatif, la chemise cylindrique mobile (9) peut être réalisée en fonte ou en céramique. Outre les avantages inhérents au dispositif lui même qui, selon l'invention, permet de faire varier durant leur fonctionnement le rapport volumétrique des moteurs à pistons, I'invention présente celui de ne poser aucun problème particulier de faisabilité et de fiabilité à l'utilisation. L'invention fait appel pour sa réalisation à des techniques éprouvées. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit; elle est, au contraire, susceptible de modifications et de variantes qui appa raîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1) Dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volumétrique des moteurs à pistons agissant par l'introduction contrôlée d'une chemise cylindrique mobile (9) dans la chambre d'explosion desdits moteurs à pistons caractérisé en ce qu'il comporte pour une cylindrée: Une chemise cylindrique (8) montée fixe par rapport au bloc moteur. Une chemise cylindrique mobile (9) logée dans ladite chemise cylindrique fixe (8) Une crémaillère de commande. Un dispositif de contrôle (11) de la crémaillère de commande. Et que son fonctionnement nécessite: Des sondes transmettant divers paramètres de fonctionnement du moteur. Un ou plusieurs calculateurs ou dispositifs effectuant le traitement desdits paramètres. Un système permettant d'assujettir le dispositif de contrôle de la crémaillère de commande au résultat du traitement des paramètres en provenance desdites sondes. 2) Dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volumétrique des moteurs à pistons selon la revendication 1 caractérisé en ce que la che mise cylindrique fixe (8) peut aussi être un alésage directement usiné dans le bloc moteur (3), ladite chemise cylindrique fixe comporte en son embase une fenêtre (13) située sous le niveau inférieur des chambres d'eau (14) du bloc moteur (3), elle comporte en outre, sur sa face intérieure, une arrivée de lubrifiant en provenance du circuit de graissage du moteur et un filetage (12) composé d'un filet ou de plusieurs filets parallèles. 3) Dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volume' trique des moteurs à pistons selon la revendication 1 dont la chemise cylindrique mobile (9) est montée coaxialement et à l'intérieur de la chemise cylindrique fixe (8), cette chemise cylindrique mobile (9) est d'un diamètre extérieur sensiblement égal au diamètre intérieur de la chemise cylindrique fixe (8).Cette chemise cylindrique mobile (9) est caractérisée par le fait qu'elle comprend un filetage (16) sur sa face extérieure constitué d'un filet ou de plusieurs filets parallèles, ce filetage (16) est complémentaire avec le filetage (12) de la chemise cylindrique fixe (8), elle comprend en outre des segments (15) sur sa périphérie supérieure réalisant une étanchéité poussée entre elle et la chemise cylindrique fixe (8) à l'intérieur de laquelle elle est logée. Cette chemise cylindrique mobile (9) comprend des dents (17) droites et longues sur sa périphérie inférieure constituant l'une des parties d'un système d'engrènement. 4) Dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volumétrique des moteurs à pistons selon la revendication l ou l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la crémaillère de commande est logée dans une cavité aménagée dans le bloc moteur (3) et pourvue de surFaces de guidage. Ladite cavité est située de telle manière qu'elle soit placée perpendiculairement aux chemises du moteur et parallèlement à l'axe longitudinal dudit moteur, à hauteur de la fenêtre (13) réalisée en l'embase de la chemise cylindrique fixe (8), en regard de ladite fenêtre et de sorte que soit défini un volume d'intersection commun à ladite cavité et au volume déterminé par l'intérieur de la chemise cylindrique fixe (8). 5) Dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volumétrique des moteurs à pistons selon la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la crémaillère de commande est composée essentiellement de deux pièces (21, 22), I'une (21) directement solidaire du dispositif de contrôle (11), L'autre (22) solidaire d'une part de ladite pièce (21) solidaire du dispositif de contrôle (11) par une liaison semi-élastique, d'autre part assujettie à la chemise cylindrique mobile (9) au moyen d'un système d'engrène ment constitué de dents (18) droites complémentaires des dents (17) de la chemise cylindrique mobile (9). 6) Dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volumétrique des moteurs à pistons selon la revendication 5 ou l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la pièce (22) assujettie à la chemise cylindrique mobile (9) au moyen d'un système d'engrènement et constituant l'une des parties de la crémaillère de commande peut effectuer un mouvement de translation par rapport à la pièce (21) solidaire du dispositif de contrôle (1 1), ceci parallèlement à son axe longitudinal. Au repos, ladite pièce (22) assujettie à la chemise cylindrique mobile (9) est maintenue en position par rapport à un arrêtoir (27) faisant partie de la pièce (21) solidaire du dispositif de contrôle (11) par l'action antagoniste de deux ressorts (24, 29) par l'intermédiaire de deux bagues (26, 30). L'amplitude dudit mouvement de translation étant limitée par la course maximum autorisée par les ressorts (24, 29). 7) Dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volumétrique des moteurs à pistons selon la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif de contrôle (11) de la crémaillère de commande est un vérin hydraulique (19). Ce vérin hydraulique (19) est monté solidairement de la crémaillère de commande. 8) Dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volume' trique des moteurs à pistons selon la revendication 2 ou l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le filetage (12) de la chemise cylindrique fixe (8) est constitué d'un ou de plusieurs filets rapportés soudés à leur extrémité sur ladite chemise cylindrique fixe (8). 9) Dispositif servant à faire varier durant leur fonctionnement le rapport volume' trique des moteurs à pistons selon la revendication 1 ou l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un ressort (20) de rappel à la position de repos.