Brevet FR2706965A1 — publié le 19941230

La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne. Plus précisément, l'invention a trait au contrôle et à la régulation d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Les moteurs à combustion interne à deux temps ou à quatre temps connus fonctionnent selon des cycles comprenant successivement des phases d'admission, de compression, de combustion et de détente. L'admission et l'échappement de mélange carburé dans le cylindre sont souvent contrôlés par des soupapes dont le mouvement alternatif est luimême commandé par des cames appartenant généralement à un même axe ou arbre à cames. La géométrie de chaque came définit donc la façon dont va s'ouvrir et se fermer chaque soupape: c'est la loi d'ouverture de la soupape. Un problème concernant ces lois réside en ce qu'elles ne peuvent pas être modifiées en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Il est en effet habituel que l'arbre à came tourne à une vitesse sous-multiple de celle du vilebrequin. Or il peut être intéressant selon la charge du moteur, sa vitesse, etc... de pouvoir retarder, ou avancer l'ouverture des soupapes, en d'autres termes, de pouvoir changer le calage angulaire de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin. L'objet de la présente demande est de proposer un système permettant notamment de faire varier dans le temps la loi de commande des cames associées aux soupapes. Plus généralement, le système selon l'invention permet de faire varier le calage angulaire entre deux arbres tournants d'un moteur à combustion interne. Les deux arbres tournants peuvent être l'arbre à came et le vilebrequin. Sans sortir du cadre de l'invention, les deux arbres tournants peuvent être le vilebrequin et l'arbre portant différents boisseaux réalisant l'ouverture et la fermeture des orifices d'admission et/ou d'échappement d'un moteur à combustion interne; une autre application envisagée peut concerner la pompe à injection utilisée dans les moteurs diesel. 2 2706965 Selon le type de moteur, les deux arbres tournent à la même vitesse, à une vitesse double l'une de l'autre, dans le même sens ou dans un sens opposé. Ainsi, l'invention peut être utilisée dans de nombreuses configurations. La présente invention s'applique donc à plusieurs types de moteurs. Le fait de pouvoir, selon l'invention, ouvrir ou fermer plus ou moins tôt les différentes soupapes ou boisseaux tournants, permet une adaptation aux conditions de charge et de régime du moteur, d'o, notamment, de meilleures performances, et une amélioration dans l'agrément de conduite du véhicule. Le système selon l'invention permet en outre une souplesse dans le réglage; on passe d'un réglage à un autre de façon progressive, sans à-coup. En outre, le système selon l'invention autorise une grande plage de calage angulaire. Comme il ressortira de ce qui suit, un autre avantage de l'invention réside dans la simplicité de sa commande. La précision dans le calage est un autre avantage inhérent à l'invention. Ces particularités sont réalisées selon l'invention qui a pour objet un système de décalage angulaire entre deux arbres tournants d'un moteur à combustion interne comprenant un train épicycloïdal constitué d'une couronne, de plusieurs satellites, d'un porte-satellite et d'un planétaire, le décalage angulaire étant obtenu grâce à une rotation relative donnée d'un des éléments tournants du train épicycloïdal choisi parmi la couronne, le porte-satellite ou le planétaire, les deux autres éléments tournants parmi lesdits trois étant respectivement liés à l'arbre tournant d'entrée et à l'arbre tournant de sortie du système. Selon un mode de réalisation de l'invention le décalage angulaire est assuré par la rotation du planétaire. L'arbre d'entrée peut être lié à la couronne du train et l'arbre de sortie au porte-satellite. Plus précisément, l'arbre tournant d'entrée étant lié au vilebrequin, un élément, tel une chaine, une courroie crantée ou un ensemble de pignons assure alors la transmission de la rotation du vilebrequin à la couronne du train. 3 2706965 Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention l'arbre d'entrée peut être lié au porte satellite et l'arbre de sortie à la couronne. Sans sortir du cadre de l'invention, le porte-satellite peut assurer le décalage angulaire. Alors selon les cas, l'arbre d'entrée et l'arbre de sortie du système sont respectivement liés à la couronne et au planétaire du train épicycloïdal. Selon un autre des aspects de l'invention, la couronne peut réaliser le décalage angulaire. Les arbres d'entrée et de sortie du système peuvent alors être liés soit au planétaire soit au porte satellite. D'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre faite à titre illustratif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du système selon l'invention, et - la figure 2 est un diagramme montrant la loi d'ouverture d'un élément d'obturation en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin, selon l'invention. La figure 1 montre schématiquement les éléments essentiels d'un système conforme à un mode de réalisation de l'invention. Le vilebrequin 1 du moteur est relié de façon classique aux différents pistons (non représentés) par l'intermédiaire de bielles (non représentées). Le vilebrequin 1 est relié à un autre arbre 2 via notamment un élément de transmission 3 tel qu'une courroie tendue. Le système selon l'invention comporte en outre un train épicycloïdal 4 constitué de façon connue d'une couronne 40 dentée sur les deux faces, de plusieurs satellites 41 portés par un porte-satellite 42. Les satellites coopèrent avec un planétaire 43 qui tourne autour d'un axe 5. De préférence, l'élément de transmission 3 est un élément cranté sur au moins une face, qui coopère avec un autre élément tournant 6 du moteur, l'élément tournant 6 ayant lui-même un axe 6'. 4 2706965 Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, l'arbre 2 est l'arbre à cames qui contrôle les différentes soupapes du moteur. Sans sortir du cadre de l'invention, l'arbre 2 peut être lié en rotation à plusieurs boisseaux qui assurent la fonction de la soupape, à savoir l'ouverture et la fermeture des orifices d'admission et/ou d'échappement. L'arbre menant, qui est ici l'axe 1' du vilebrequin 1, entraîne par l'intermédiaire de la courroie 3 la couronne 40 du train épicycloidal 4. Celle-ci entraîne en rotation le porte-satellite 42 lié à l'arbre à cames 2. Ainsi, dans le cas d'un moteur deux temps, le vilebrequin et l'arbre à came tournent à la même vitesse, à condition toutefois de prévoir un rapport de vitesses inverse à celui du train épicycloïdal entre l'entrée (le vilebrequin) et la couronne 40. Autrement dit, si le vilebrequin tourne à une vitesse Vi, si l'arbre à cames 2 tourne à une vitesse V2 et si la couronne 40 tourne à la vitesse V40, alors on doit avoir le rapport V2 Vl V40 - V40 Le décalage angulaire entre l'arbre d'entrée (lié à la couronne 40 dans cet exemple) et l'arbre de sortie (arbre 2 dans cet exemple) peut ici être obtenu en faisant tourner le planétaire 43 autour de son axe 5, par exemple, par un levier de commande non représenté. On obtient ainsi des courbes telles que représentées par exemple sur la figure 2 qui représentent la levée d de la soupape (en mm) en fonction de l'angle vilebrequin ev (en V). Sur cette figure, la courbe en traits pleins représente par exemple la courbe d'ouverture de la soupape en fonctionnement normal; la courbe en traits interrompus montre une courbe d'ouverture décalée de 8 1 V par rapport à la courbe en traits pleins; de même, la courbe en traits mixtes montre une courbe de même allure que les précédentes puisqu'elle concerne la même came, décalée de 82 V par rapport à la courbe en traits interrompus. Les décalages 51 et 2 ont été obtenus en faisant tourner autour de l'axe 5 le planétaire 43 successivement d'un angle (kâl) puis d'un angle (k52), k dépendant du rapport entre les nombres de dents des différents éléments du train épicycloidal 4. 2706965 Pour calculer le coefficient k, on suppose que la couronne 40 est fixe et on calcule la vitesse tangentielle du centre du satellite 41 (liée à la vitesse de rotation du porte-satellite 42) en fonction de la vitesse de rotation du planétaire 43. En supposant que, au point de contact entre le planétaire 43 et l'un des satellites 41: - ce point de contact a une vitesse de V5 = 0)5 x r5; 0)5 étant la vitesse angulaire et r5 le rayon primitif du planétaire 43, -le centre d'un des satellites 41 a une vitesse de V2 = 02 (rS + r41); r4 1 étant le rayon primitif dudit satellite, alors le rapport 02 V2 r5 0)5 r5 + r41 V5 V2 r5 V5 r5 + r41 -sachant par ailleurs qu'en ce point V2 V5 (puisque la couronne 40 est fixe) alors o02 1 r5 0)5 2 r5 + r4 1 - soit encore, comme ri = m Ni m étant le module commun de chacune des roues dentées en contact; Ni étant le nombre de dents de la roue dentée concernée m02 1 N5 (05 2 N5 + N41 Le rapport)2 définit la vitesse angulaire relative entre le porte 0)5 satellites et le planétaire. 6 2706965 Il correspond donc au rapport angulaire k_ (o 2, c'est-à-dire au o5 décalage angulaire obtenu en faisant tourner le planétaire 43 relativement au porte-satellite 42. Les rotations du planétaire 43 sont préférentiellement prévues pendant les régimes transitoires. Ces rotations permettent de modifier dans le temps, l'admission et/ou l'échappement en fonction notamment des conditions de régime, et de charge afin d'améliorer les performances et notamment la puissance du moteur. Dans le cas d'un moteur quatre temps, la différence vis-à-vis du mode de réalisation qui vient d'être décrit réside dans les vitesses de rotation respectives du vilebrequin et de ou des arbre(s) à cames qui tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin. Ce rapport de vitesses peut être facilement obtenu au niveau du train épicycloidal lui-même, en choisissant convenablement le nombre de dents de la couronne 40 et du vilebrequin 1, du planétaire 43 et des satellites 41, par exemple de la façon développée ci-dessus. Sans sortir du cadre de la présente invention, il est possible d'envisager des applications de l'invention dans lesquelles les fonctions des différents éléments du train épicycloïdal 4 sont différentes. On peut par exemple envisager le cas o le planétaire étant toujours l'élément de commande du calage angulaire, l'entrée du système serait confondue avec l'axe 2 du porte satellite 42 et la sortie avec l'axe lié à la rotation de la couronne 40. On peut encore considérer le porte-satellite 42 comme élément de calage angulaire et l'arbre 5 comme arbre de sortie (arbre à came). On aura ainsi un sens de rotation inverse entre l'axe d'entrée (axe lié à la rotation de la couronne 40) et l'axe de sortie 5, avec une démultiplication de la vitesse. Cette configuration sera préférentiellement choisie lorsque l'on utilise l'arbre à came comme arbre d'équilibrage du moteur. La demande de brevet Française EN. 92,10.869 déposée au nom de la Demanderesse divulgue un exemple de ce type de moteur. Dans le cas de figure selon lequel le porte-satellite 42 contrôle le décalage angulaire, l'axe 5 du planétaire 43 peut être considéré 7 2706965 comme entrée tandis que l'axe de sortie est l'axe lié à la rotation de la couronne 40. Selon l'invention, il est encore possible d'envisager la commande du décalage angulaire par la couronne 40 du train épicycloidal 4; alors l'arbre d'entrée du système peut être l'axe 2 du porte-satellite 42 et l'arbre de sortie celui du planétaire 43. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couronne 40 étant l'élément de commande de décalage angula ire, l'axe de l'arbre d'entrée peut être l'axe 5 du planétaire, l'arbre de sortie étant alors confondu avec l'axe 2 du porte-satellite 42. Les différents modes de réalisation de l'invention qui viennent d'être énoncés permettent tous un décalage angulaire important entre l'arbre tournant d'entrée et l'arbre tournant de sortie; de plus, ce décalage est précis, peut être parfaitement et facilement contrôlé. 8 2706965 REVENDICATIONS 1. - Système de décalage angulaire entre deux arbres tournants d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un train épicycloïdal (4) constitué d'une couronne (40), de plusieurs satellites (4I), d'un porte-satellite (42) et d'un planétaire (43), le décalage angulaire étant obtenu grâce à une rotation relative donnée d'un des éléments tournants du train épicycloidal (4) choisi parmi la couronne (40), le porte-satellite (42) ou le planétaire (43), les deux autres éléments tournants parmi lesdits trois étant respectivement liés à l'arbre tournant d'entrée et à l'arbre tournant de sortie du système. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage angulaire est assuré par la rotation du planétaire (43). 3. - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que, l'arbre tournant d'entrée étant lié au vilebrequin (1) du moteur, un élément tel une chaine ou un ensemble de pignons assure la transmission de la rotation du vilebrequin (1) à la couronne (40) du train (4), et en ce que l'arbre de sortie est l'arbre à cames (2) Iié au porte-satellite (42). 4. - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe de l'arbre tournant d'entrée est confondu avec l'axe du porte-satellite (42) et en ce que l'arbre tournant de sortie est lié à la couronne (40). 5. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage angulaire est obtenu par la rotation du porte-satellite (42). 6. - Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'arbre de sortie est l'arbre à cames lié à la couronne (40) et en ce que l'arbre d'entrée est lié au planétaire (43) entraîné par l'arbre du vilebrequin l'arbre du vilebrequin. 7. - Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arbre à came est utilisé pour réaliser un équilibrage du premier ordre des masses du moteur. 8. - Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'arbre de sortie est lié au planétaire (43) et en ce que l'arbre d'entrée est lié à la couronne (40). 9 2706965 9. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage angulaire est obtenu par la rotation de la couronne (40). 10. - Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'arbre d'entrée est lié au porte-satellite (42) et en ce que l'arbre de sortie est lié au planétaire (43). 11. - Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'arbre d'entrée est lié au planétaire (43) et en ce que l'arbre de sortie est lié au porte-satellite (42).