Brevet FR2675223A1 — publié le 19921016

La présente invention concerne un dispositif d'équilibrage dynamique pour un moteur à combustion interne à pistons alternatifs. L'invention concerne un dispositif d'équilibrage du type de ceux permettant d'éliminer les vibrations dont la fréquence est égale au double de celle de la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur. Parmi les dispositifs connus permettant d'éliminer ce type de vibrations, et notamment dans les moteurs à quatre cylindres en ligne, il est le plus fréquemment proposé d'utiliser deux arbres d'équilibrage tournant en sens inverses et qui sont équipés de masselottes d'équilibrage qui tournent à une vitesse égale au double de celle du vilebrequin. Ces types de dispositifs sont particulièrement complexes, encombrants et ils nécessitent d'entraîner les arbres d'équilibrage à partir du vilebrequin dans des sens opposés. Il a déjà été également proposé dans le document EP-A-0227.277 d'utiliser une ou plusieurs masses d'équi- librage qui sont entraînées en mouvement alternatif par un jeu de cames et de galets entre le vilebrequin et un arbre à cames. Outre sa mise au point très complexe, qui nécessite une grande précision dans la réalisation des divers composants ainsi que lors de leur assemblage, ce type d'agencement est peu fiable en cours d'utilisation car il est très sensible à l'apparition de jeux dûs à l'usure des composants et qui provoquent l'apparition de bruits particulièrement gênants. De plus cette conception d'un dispositif d'équilibrage entraîne une augmentation de lwencombrement du moteur à combustion interne. Afin de remédier à ces inGonvénients, l'invention propose un dispositif d'équilibrage dynamique pour moteur à combustion interne à pistons alternatifs entraînant en rotation un vilebrequin, du type comportant une masse d'équilibrage entraînée en mouvement alternatif selon une direction perpendiculaire à l'axe du vilebrequin et à unefréquence double de celle des pistons au moyen d'un arbre d'équilibrage dont l'axe de rotation est parallèle à celui du vilebrequin, caractérisé en ce que l'arbre d'équilibrage tourne à une vitesse double de celle du vilebrequin et comporte un maneton qui entraîne, par l'intermédiaire d'un organe formant bielle, la masse d'équilibrage qui est guidée selon ladite direction dans son mouvement alternatif. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - un galet cylindrique est monté tournant excentriquement sur le maneton avec une excentration égale à celle du maneton sur l'arbre d'équilibrage, et la surface cylindrique du galet est guidée dans une rainure rectiligne parallèle à ladite direction dont les deux faces parallèles de guidage sont situées à égale distance de l'axe de rotation de l'arbre d'équilibrage - le dispositif comporte des moyens de butée pour empêcher la rotation du galet autour de l'axe de rotation de l'arbre d'équilibrage lorsque l'axe géométrique du galet est confondu avec l'axe de rotation de l'arbre d'équilibrage ;; - l'axe du maneton est situé entre l'axe géométrique du galet cylindrique et l'axe d'équilibrage lorsque le galet occupe l'une ou l'autre de ses positions extrêmes alternées - les moyens de butée comportent un pion qui s étend depuis la surface cylindrique du galet selon un rayon passant par l'axe de rotation du galet sur le maneton et qui est reçu alternativement dans l'un ou l'autre de deux logements ouverts complémentaires formés chacun respectivement dans l'une et 1'autre des deux faces de guidage de la rainure de guidage, à hauteur de l'axe de rotation de l'arbre d'équilibrage - les moyens de butée comportant un tourillon qui s étend axialement depuis l'une des faces transversales du galet cylindrique, dont l'axe géométrique est situé sur un rayon du galet passant par l'axe de rotation du galet et à une distance de l'axe géométrique du galet égale à deux fois I'excentration du galet, le tourillon étant reçu dans une glissière rectiligne de guidage qui s'étend selon une direction perpendiculaire à la direction de la rainure de guidage et dont les faces de guidage sont situées à égale distance de l'axe de rotation de l'arbre d'équilibrage - le galet cylindrique est monté tournant dans un alésage formé dans un patin monté coulissant dans la rainure de guidage par l-intermédiaire de deux de ses faces latérales parallèles à l'axe de l'alésage - le galet est monté en porte-à-faux à une extrémité de l'arbre d'équilibrage - le galet est monté sur l'arbre d'equilibrage entre deux paliers de rotation de ce dernier ; et - la direction de déplacement de la masse d'équili- brage est concourante avec laxe de rotation du vilebrequin. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 est une vue en élévation et en coupe partielle d'une représentation simplifiée d'un dispositif d'équilibrage selon l'invention - les figures 2, 3 et 4 sont des vues schématiques selon la flèche F de la figure 1 illustrant différentes positions des composants rotatifs du dispositif illustré à la figure 1 - les figures 5, 6 et 7 sont des vues similaires à celles des figures 2 à 4 illustrant une variante de réalisation des moyens de butée ;; - la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 2 illustrant la variante de réalisation dans laquelle le galet cylindrique est monté tournant dans un patin - la figure 9 est une vue en élévation et en coupe partielle illustrant une variante de montage d'un dispositif d'équilibrage selon l'invention ; et - la figure 10 est une vue en coupe partielle selon la ligne 10-10 de la figure 9. Le dispositif d'équilibrage 12 illustré aux figures 1 à 4 comporte un arbre d'équilibrage 14 qui est monté tournant autour daun axe S dans le carter d-un moteur à combustion interne (non représenté) au moyen de deux paliers 16 et 18 de ce dernier. L'arbre d'équilibrage 14 est entraîné en rotation autour de son axe S à une vitesse égale au double de la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur (non représenté) à l'aide d'une transmission qui agit sur un pignon 20 solidaire de l'arbre 14. Conformément à l'invention, la face transversale d'extrémité 22 de l'arbre d'équilibrage 14 comporte un maneton cylindrique 24 dvaxe géométrique T. On a désigné aux figures 1 et 2 par E l'excentra- tion de l'axe T du maneton 24 par rapport à l'axe de rotation S de l'arbre d'équilibrage 14. Le maneton 24 reçoit à rotation un galet cylindrique 26 d'axe géométrique U. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le galet 26 comporte une surface externe cylindrique 28 et il est monté à rotation sur le maneton 24 par l'inter- médiaire d'un alésage interne borgne 30 dans lequel est reçue la surface cylindrique externe du maneton 24. On a désigné aux figures 1 et 2 par la lettre D la distance constante séparant l'axe géométrique U de la surface cylindrique 28 de l'axe géométrique de l'alésage interne 30 qui, en position montée, est toujours confondu avec l'axe géométrique T du maneton. Le galet cylindrique 26 est donc monté tournant sur le maneton 24 de manière excentrée avec une excentration D égale, dans le mode de réalisation représenté aux figures, à l'excentration E du maneton 24 par rapport à l'axe S de l'arbre d~équilibrage 14. En se reportant aux figures 2 à 4, on constate que la surface cylindrique externe 28 du galet 26 est reçue et guidée dans une rainure de guidage 32. La rainure 32 est une rainure délimitée par deux faces planes 34 et 36 qui sont parallèles à la direction X-X de déplacement alternatif du galet 26 dans la rainure 32. Les faces 34 et 36 sont situées à égale distance de la direction X-X qui passe par l'axe S de 1 'arbre d'équilibrage 14. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, la direction X-X est également concourante avec l'axe géométrique de rotation du vilebrequin (Fig. 9). La face transversale d'extrémité 38 du galet 26 comporte un tourillon 40 qui s'étend axialement et dont la surface cylindrique externe 42, d'axe géométrique V parallèle aux axes S, T et U, est reçue dans une glissière rectiligne de guidage 44. L'axe géométrique V du tourillon 40 est situé sur un rayon R du galet et il est situé à une distance de l'axe géométrique U du galet 26 égale à deux fois l'excentration D du galet 26. On a illustré par deux traits en pointillés sur les figures 2 à 4 les faces planes parallèles 46 et 48 de la glissière de guidage 44. Les faces 46 et 48 sont parallèles et situées à égale distance de la direction Y-Y de coulissement du tourillon 40 dans la glissière 44. La direction Y-Y est perpendiculaire à la direction X-X et est concourante avec l'axe de rotation S de l'arbre d'équilibrage 14. On décrira maintenant le fonctionnement du dispositif d'équilibrage représenté aux figures 1 à 4. Le dispositif est illustré à la figure 2 dans une position extrême dans laquelle les axes S, T, U et V sont alignés selon la direction X-X. A partir de cette position, et si marbre d'équili- brage 14 est entraîné par exemple dans la direction antihoraire A, le galet d'équilibrage 26 se déplace progressivement dans la rainure de guidage 32 pour atteindre la position intermédiaire illustrée à la figure 3 Dans cette position intermédiaire, les axes S et U sont bien entendu toujours alignés selon la direction X-X tandis que I'axe T du maneton se déplace en rotation dans le sens anti-horaire autour de l'axe S. Simultanément, le tourillon 40 se déplace dans sa glissière de guidage 44 de manière que son axe géométrique V s'éloigne de l'axe S. La rotation se poursuit pour atteindre la position illustrée à la figure 4 dans laquelle les axes S, T, U et V sont alignés selon la direction Y-Y de la glissière de guidage 44. La position illustrée à la figure 4 est particulièrement intéressante car elle permet d'expliquer la fonction de butée du tourillon 40 qui coopère avec la glissière 44. En effet, dans cette position, le galet cylindrique 26 pourrait être entraîné en rotation autour de son axe U par l'arbre d'équilibrage 14, et donc autour de l'axe S, et ne plus se déplacer en mouvement alternatif selon la direction X-X dans la rainure de guidage 32. Dans cette position à mi-course, l'ensemble pourrait donc théoriquement, en l'absence du tourillon de butée 40, se mettre à tourner "sur lui-même". Lors du fonctionnement du moteur à combustion interne équipé d'un tel dispositif d'équilibrage, ce phénomène est pratiquement impossible du fait de l'iner- tie du galet cylindrique 26 qui fait franchir à ce dernier cette position à mi-course de façon continue, après quoi le moment créé par l'appui de la surface cylindrique 28 du galet sur les faces 34 et 36 de la rainure 32 provoque un réentraînement positif du galet. Néanmoins, et notamment lors des phases de démarrage du moteur, pour s'assurer que le phénomène de lancement du galet en mouvement alternatif selon la direction X-X s opère correctement, il est souhaitable de prévoir des moyens de butée pour empêcher la rotation du galet 26 autour de l-axe de rotation S de l'arbre d'équilibrage 14 lorsque les composants sont dans la position illustrée à la figure 4. Le tourillon 40 et la glissière 44 constituent un premier mode de réalisation de ces moyens de butée. En partant de la position illustrée à la figure 4, le déplacement alternatif, vers le bas en considérant la figure, du galet 26 se poursuit åuBqu'à ce qu'il vienne occuper son autre position extrême (non représentée) qui est symétrique par rapport à la direction Y-Y de celle illustrée à la figure 2. Il résulte de ce qui précède, que la rotation de l'arbre d'équilibrage 14 entraîne le déplacement alternatif du galet cylindrique 26 entre les faces 34 et 36 de la rainure de guidage 32, le galet tournant simultanément autour de son axe géométrique U dans le sena inverse de celui de l'arbre 14. La masse d'équilibrage entraînée en mouvement alternatif comprend la masse du galet 26 ainsi que la masse du maneton 24. La masse d'équilibrage est entraînée dans un mouvement purement sinusoïdal dont la course est égale à quatre fois l'excentration E. La rotation du galet 26 est uniforme et sans à-coup. Le galet 26 est soumis à la fois à un mouvement de rotation et à un mouvement de translation en étant guidé entre les faces 34 et 36 de la rainure 32. La combinaison de ces mouvements se traduit par une vitesse relative au niveau de la zone de contact entre la surface cylindrique 28 du galet et celles des faces 34 et 36. On a illustré de manière schématique à la figure 8 un perfectionnement permettant d'améliorer le glissement des surfaces en contact et donc la qualité du mouvement de déplacement alternatif du galet 26. A cet effet, la surface cylindrique externe 28 du galet 26 est montée tournante dans un alésage interne 50 formé dans un patin de coulissement 52 qui est monté coulissant dans la rainure 32 par l'intermédiaire de deux faces parallèles 54 et 56 qui coopèrent avec les faces planes parallèles 34 et 36 de la rainure 32. Cette variante de réalisation permet donc d'assurer une excellente qualité de glissement des surfaces, tant au niveau des surfaces cylindriques 28 et 50 qu'au niveau des couples de surfaces planes 34, 54 et 36, 56. On a illustré aux figures 5 à 7 une variante de réalisation des moyens de butée qui permettent d'empêcher la rotation du galet 26 autour de l'axe de rotation S de l'arbre d'équilibrage 14 lorsque l'axe géométrique U du galet 26 est confondu avec l'axe S. Ces moyens de butée sont ici constitués par un pion 58 qui 'étend depuis la surface cylindrique externe du galet 26 selon un rayon R passant par l'axe de rotation T du galet. La surface externe 60 du pion 58 est une portion de surface cylindrique qui est reçue alternativement dans l'un ou l'autre de deux logements 61 et 62 formés respectivement dans les faces 34 et 36 de la rainure 32. Chaque logement 61, 62 est constitué par une portion de surface cylindrique en creux complémentaire de celle du pion 58. Les deux logements ouverts 60 et 62 sont agencés dans les faces 34 et 36 à hauteur de l'axe de rotation S de l'arbre d'équilibrage 14 et donc de la direction Y-Y perpendiculaire à la direction X-X passant par l'axe S. Lorsque le galet cylindrique 26 occupe une position à mi-course telle su'illustrée à la figure 7, qui est simiiaire à la figure 4, le pion de butée 58 est reçu dans l'un ou l'autre des deux logements 60 ou 62 et il assure la même fonction que celle du tourillon 40. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 1, le galet d'équilibrage 26 est monté en porte-à-faux à l'une des extrémités de l'arbre d'équilibrage 14. On décrira maintenant la variante de réalisation illustrée aux figures 9 et 10 dans laquelle l'arbre d'équilibrage est monté à rotation entre deux paliers 16 et 18 de mêmes dimensions de manière que le galet d'équilibrage 26 soit situé entre ces deux paliers. Dans ce mode de réalisation, le galet 26 est egalement équipé d'un patin de coulissement 52. Cette construction évite le phénomène de porte-àfaux et permet un meilleur fonctionnement du dispositif d'équilibrage. Afin de faciliter la construction et le montage, l'arbre d'équilibrage 14 pourra être réalisé en deux pièces assemblées par emmanchement. L'arbre d'éguilibrage 14 pourra être prolongé axialement jusqu'à un pignon d'entraînement, ou bien comme cela est illustré, posséder un embout cannelé 64 pour l'assemblage d'un tronçon d'arbre rapporté. Les paliers 16 et 18 sont reçus dans des portions correspondantes 66 et 68 d'un carter rigide 70 qui, pour des raisons de montage, sera réalisé en deux pièces séparées par un plan perpendiculaire à celui de la feuille > en considérant la figure 9 > et passant par l'axe S. Le carter 70 comporte les faces 34 et 36 de la rainure de guidage du galet par l'intermédiaire du patin 52. L'axe de symétrie vertical X-X du dispositif d'équilibrage est placé dans le plan médian du moteur, c'est-à-dire à l'aplomb du palier central 72 du vilebrequin 74. Le dispositif d'équilibrage 12 est ainsi reçu entre les bras 76 et 78 du vilebrequin et le chapeau du palier 72. I1 est possible de prevoir une fixation commune du chapeau du palier 72 et du carter 70 par exemple au moyen de vis traversant des trous 80 du carter. On constate aussi à la figure 9, que le dispositif d'équilibrage 12 est implanté à la partie inférieure du moteur dans le carter d'huile. Afin de réduire les pertes mécaniques dues au barbotage, le carter 70 peut être rendu partiellement étanche à sa partie inférieure en le munissant un fond 82 dans lequel pourra être prevu un clapet permettant l'évacuation de l'huile sous l'effet de pompage du galet cylindrique 26. REVENDICATIONS 1. Dispositif (12) d'équilibrage dynamique pour un moteur à combustion interne à pistons alternatifs entraînant en rotation un vilebrequin, du type comportant une masse d'équilibrage (26) entraînée en mouvement alternatif selon une direction (X-X) perpendiculaire à l'axe du vilebrequin et à une fréquence double de celle des pistons au moyen d'un arbre d'équilibrage (14) dont l'axe de rotation (S) est parallèle à celui du vilebrequin, caractérisé en ce que l'arbre d'équilibrage (14) tourne à une vitesse double de celle du vilebrequin et comporte un maneton (24) qui entraînée, par l'lntermé- diaire d'un organe formant bielle, la masse d'équilibrage (26) qui est guidée selon ladite direction (X-X) dans son mouvement alternatif. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un galet cylindrique (26) est monté tournant excentriquement sur le maneton (24) avec une excentration (D) égale à celle (E) du maneton sur arbre d'équilibrage, et en ce que la surface cylindrique (28) du galet est guidée dans une rainure (32) rectiligne parallèle à ladite direction (X-X) dont les deux faces parallèles de guidage (34, 36) sont situées à égale distance de l'axe de rotation (S) de l'arbre d'équilibrage (14). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de butée (40, 58) pour empêcher la rotation du galet (26) autour de l'axe de rotation (S) de l'arbre d'équilibrage (14) lorsque l'axe géométrique (U) du galet est confondu avec l'axe de rotation (S) de l'arbre d'équilibrage. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'axe (T) du maneton (24) est situé entre l'axe géométrique (U) du galet cylindrique et l'axe (S) de l'arbre d'équilibrage lorsque le galet (26) occupe l'une ou l'autre de ses positions extrêmes alternées. 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens de butée comportent un pion (58) qui s'étend depuis la surface cylindrique (28) du galet (26) selon un rayon (R') passant par l'axe de rotation (T) du galet (26) sur le maneton (24) et qui est reçu alternativement dans l'un ou l'autre de deux logements ouverts complémentaires (61, 62) formés chacun respectivement dans l'une et l'autre des deux faces de guidage (34, 36) de la rainure de guidage à hauteur de l'axe de rotation (S) de l'arbre d'equilibrage. 6. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens de butée comportent un tourillon (40) qui 'étend axialement depuis l'une (38) des faces transversales du galet cylindrique (26), dont l'axe géométrique (V) est situé sur un rayon (R) du galet passant par l'axe de rotation du galet et à une distance de l'axe géométrique du galet égale à deux fois l'excen- tration (D) du galet, le tourillon (40) étant reçu dans une glissière rectiligne de guidage (44) qui s'étend selon une direction (Y-Y) perpendiculaire à la direction (X-X) de la rainure de guidage (32) et dont les faces de guidage (46, 48) sont situées à égale distance de l'axe de rotation (S) de l'arbre d'équilibrage. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le galet cylindrique (26) est monté tournant dans un alésage (50) formé dans un patin (52) monté coulissant dans la rainure de guidage (32) par l'intermédiaire de deux (54, 56) de ses faces latérales parallèles à l'axe de l'alésage. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le galet (26) est monté en porte-à-faux à une extrémité de l'arbre d'équi librage - 9. Dispasitif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le galet est monté sur l'arbre d'équilibrage entre deux paliers de rotation (16, 18) de ce dernier. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite direction (X-X) est concourante avec l'axe de rotation du vilebrequin.