Brevet FR2726876A1 — publié le 19960515

L'invention concerne un moteur à combustion interne à piston alternatif avec compensation des vibrations dues à la torsion dans lequel l'arbre de compensation est en liaison à son extrémité d'entraînement, par l'intermédiaire d'au moins un étage de transmission, avec l'arbre du vilebrequin du moteur à combustion interne. Dans le cas des moteurs à combustion interne à piston alternatif avec un agencement déterminé des cylindres, dans le cas ainsi par exemple des moteurs à combustion interne à trois cylindres en ligne ou à cinq cylindres en ligne, il se produit des vibrations dues à la torsion résultant essentiellement de l'énergie des gaz, avec une irrégularité de rotation dans l'ordre 1.5, 3, 4.5...autour de l'axe longitudi- nal de l'arbre du vilebrequin. Ces vibrations dues à la torsion déclenchent dans le moteur à combustion interne en particulier au ralenti ou à une vitesse de rotation proche de celle du ralenti des vibrations marquées,qui sont transmises par l'intermédiaire des paliers du moteur à combustion interne à son bâti. Dans le cas des moteurs à combustion interne de ce type, montés sur des véhicules à moteur, en particulier dans le cas des moteurs à combustion interne de type Diesel, on réduit au minimum de telles vibrations pour des raisons de confort. On connaît par le document DE-41 19 065 Al un moteur à combustion interne à piston alternatif du type ci- dessus avec compensation des vibrations dues à la torsion, qui présente, pour compenser les couples changeants, un arbre de compensation avec un moment d'inertie, qui est environ moitié moins grand que le moment d'inertie des masses d'équilibrage situées du côté de l'arbre du vilebrequin. Dans le brevet américain US 4 300 649 il a été divulgué un véhicule à moteur avec un moteur à combustion interne et avec une boîte de vitesse, véhicule à moteur dans le cas duquel on a fixé le moteur et la boîte dans des paliers respectivement sous la forme d'unités séparées indépendantes l'une de l'autre et on les a reliés en entraînement par au moins un joint de cardan. L'invention a pour objet de créer un moteur à combustion interne à piston alternatif avec compensation des vibrations torsionnelles, qui élimine largement les vibrations dues à la torsion qui se produisent essentiellement sous l'effet de l'énergie des gaz dans l'ordre 1.5, 3, 4. 5 etc. autour de l'axe de rotation de l'arbre du vilebrequin. On résout ce problème grâce au fait que l'arbre de compensation est réalisé en deux parties, une partie d'entraînement, qui porte l'extrémité d'entraînement, étant reliée au moyen d'un joint de cardan, sous son angle de déviation, à la partie entraînée qui porte une masse d'équilibrage, l'étage de transmission présentant un rapport de démultiplication d'un type tel que la mise en rotation irrégulière, transmise par l'arbre de vilebrequin à la partie d'entraînement, se présente comme un mouvement de rotation uniforme de la partie entraînée, au moyen du degré d'irrégularité du joint de cardan. L'invention utilise le mode de fonctionnement, connu en soi, d'un joint de cardan. D'une manière habituelle on convertit la vitesse angulaire uniforme, qui existe sur le côté d'entraînement d'un joint de cardan, en une seconde vitesse angulaire de la partie entraînée, produisant des impulsions à une vitesse angulaire double, cette seconde vitesse angulaire dépendant essentiellement de l'angle de déviation du joint de cardan. Le degré d'irrégularité d'un joint de cardan résulte du produit de la tangente et du sinus de l'angle de déviation. L'invention intervient ici, en inversant l'utilisation habituelle pour faire en sorte que le joint de cardan soit entraîné de façon irrégulière par le moteur à combustion interne et que le mode de transmission du joint de cardan soit utilisé pour produire du côté de sa sortie un mouvement de rotation uniforme. On parvient à ceci en divisant l'arbre de compensation en deux parties, dont la partie d'entraînement, qui est entraînée au moyen d'un étage de transmission par l'arbre du vilebrequin, est reliée par l'intermédiare du joint de cardan, sous un angle de déviation donné, à la seconde partie du joint de cardan, entraînée, qui porte une masse d'équilibrage. L'étage de transmission transforme dans ce cas l'ordre de grandeur des vibrations du moteur à combustion interne au niveau de l'ordre de grandeur des vibrations produites par le joint de cardan en fonction du degré d'irrégularité de celui-ci. Le joint de cardan produit une contrevibration de second ordre, de telle sorte que par exemple dans le cas d'un moteur à trois cylindres en ligne des vibrations d'ordre 1,5 produites par celui-ci peuvent être amorties par un rapport de démultiplication de 1 à 0,75. Selon une configuration avantageuse de l'invention la masse d'équilibrage, disposée sur la partie entraînée de l'arbre de compensation, peut être constituée par le volant d'inertie du moteur à combustion interne. A celui-ci on peut directement raccorder un embrayage disposé entre le moteur à combustion interne et une boîte de vitesse montée après. Il est également possible de disposer l'unité de compensation des vibrations dues à la torsion sous la forme d'une unité séparée sur le côté du moteur à combustion interne qui est situé à l'opposé de la boîte de vitesse. En particulier dans le cas de moteurs à combustion interne de type Diesel on peut trouver un angle de déviation réglé une fois pour toutes de façon optimale, que l'on peut conserver sans changement, car les vibrations résultent ici de l'énergie des gaz qui est largement indépendante de la charge. Pour un réglage plus fin ou pour d'autres types de moteurs à combustion interne on peut prendre en considération une dépendance de la charge au moyen d'un réglage tel que les vibrations de l'ensemble soient mesurées et amenées à un dispositif de réglage qui, au moyen d'un circuit de régulation, règle l'angle de déviation du joint de cardan de façon à ce qu'on ait un minimum de vibrations transmises par le moteur à combustion interne. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, éventuellement combinées: -le rapport de démultiplication présente une valeur plus petite que 1 et plus grande que 0,5, de préférence une valeur de 0,75; - la masse d'équilibrage est formée par le volant d'inertie du moteur à combustion interne; -l'arbre de compensation est disposé entre le moteur à combustion interne à piston alternatif et une boîte de vitesse, montée après celui-ci, et le volant d'inertie entraîne un embrayage sur le côté entraîné; -le moteur à combustion interne à piston alternatif est relié, sur son côté situé en regard de l'extrémité d'entraînement, de façon solidaire à une boîte de vitesse montée après et la partie entraînée fait saillie librement à partir du joint de cardan; -l'angle de déviation du joint de cardan peut être réglé au moyen d'un dispositif de réglage, qui contient un organe de mesure des vibrations, dues à la torsion, qui se produisent dans le moteur à combustion interne à piston alternatif, et un organe de réglage angulaire monté après, pendant que le moteur à combustion interne à piston alternatif est en fonctionnement; -le moteur à combustion interne à piston alternatif est disposé en tant qu'ensemble d'entraînement d'un véhicule à moteur et le dispositif de réglage est maintenu dans celui-ci du côté de la carrosserie et ce dispositif de réglage, en venant en contact avec le moteur à combustion interne à piston alternatif, fait pivoter le moteur à combustion interne à piston alternatif de l'angle de déviation du joint de cardan autour de l'axe de celui-ci; -le dispositif de réglage est disposé sur le moteur à combustion interne à piston alternatif et, en venant en contact avec un carter contenant la partie entraînée, il règle l'angle de déviation du joint de cardan. On va expliquer ci-après plus en détail l'invention à partir de dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 montre une forme de réalisation de l'invention avec un arbre de compensation disposé entre le moteur à combustion interne et une boîte de vitesse et La figure 2 montre une seconde forme de réalisation de l'invention avec un dispositif de compensation des vibrations dues à la torsion, disposé séparément. Un moteur à combustion interne à trois cylindres en ligne, désigné par la référence 1, présente à une extrémité de son arbre de vilebrequin 2 une roue dentée 3 d'un étage de transmission 4, qui entraîne une partie d'entraînement 5 d'un arbre de compensation 6 réalisé en deux parties. La partie d'entraînement 5 est reliée au moyen d'un joint de cardan 7 à la partie entraînée 9 de l'arbre de compensation 6 qui porte une masse d'équilibrage 8, le joint de cardan 7 présentant un angle de déviation x. Selon une première forme de réalisation de l'invention l'arbre de compensation 6 est disposé entre le moteur à combustion interne 1 et une boîte de vitesse montée après, désignée dans son ensemble par la référence 10. La masse d'équilibrage 8 est constituée par le volant d'inertie 11 du moteur à combustion interne, qui est associé à un embrayage 12, que l'on peut commander. Dans un second exemple de réalisation l'étage de transmission 4 est disposé sur le côté du moteur à combustion interne 1 qui se trouve en regard de la boite de vitesse 10. La partie entraînée 9 qui porte la masse d'équilibrage 8 est dans ce cas montée dans un carter 13. Le moteur à combustion interne 1 comme aussi la boîte de vitesse 10 sont fixés sur les paliers de l'ensemble 14. Le mode de fonctionnement du système de compensation des vibrations dues à la torsion est le suivant: La mise en rotation irrégulière par le moteur à combustion interne 1 est transmise par l'intermédiaire de l'arbre du vilebrequin 2 et de l'étage de transmission 4 sous la forme d'une vitesse angulaire irrégulière W1 à la partie d'entraînement 5. Le joint de cardan 7 convertit cette vitesse angulaire W1 en une vitese angulaire de sortie W2 qui produit des impulsions à une vitesse angulaire double. Cette seconde vitesse angulaire W2 est fonction de l'angle de déviation a ainsi que de la vitesse de rotation réelle de la partie d'entraînement 5. Le degré d'irrégularité U du joint de cardan 7 résulte du produit de la tangente d'a et du sinus d'a. Le joint de cardan 7 produit une contrevibration du second ordre, dans le cas d'un moteur à combustion interne 1 à piston alternatif à trois cylindres, les vibrations d'ordre 1,5, qui se produisent avec la plus grande amplitude gênante, sont toutefois amorties. Ici l'étage de transmission 4 intervient avec un rapport de démultiplication de 1 à 0,75, qui transforme les vibrations d'un ordre de 1,5 en vibrations du second ordre. Au moyen d'une optimisation on peut dans ce cas concevoir l'angle de déviation a ainsi que la position de l'axe du joint de cardan 15 d'une façon telle que le côté entraîné du joint de cardan 7 présente un mouvement de rotation presque uniforme. Comme on l'a déjà expliqué, l'angle de déviation a,pour obtenir une compensation améliorée des vibrations dues à la torsion, peut être réglé de façon variable. Dans ce but on fixe selon la figure 2 le boîtier 13 de facon à ce qu'il puisse pivoter autour de l'axe du joint de cardan 15. Un dispositif de réglage 16, disposé sur le moteur à combustion interne 1, présente un organe de mesure des vibrations dues à la torsion produites dans le moteur à combustion interne et un organe de réglage angulaire monté après, qui vient en contact avec le carter 13 au moyen d'une tige de liaison 17. La variation de l'angle de déviation a est également utilisable dans la première forme de réalisation selon la figure 1. L'unité d'entraînement représentée sur cette figure, constituée par un moteur à combustion interne 1, et une boîte de vitesse 10, entraîne au moyen des arbres menés 18 des roues 19 d'un véhicule à moteur non représenté. Le dispositif de réglage 16 est dans ce cas monté du côté du véhicule à moteur et fait pivoter, au moyen d'une tige de liaison, le moteur à combustion interne 1 autour de l'axe du joint de cardan 15. REVENDICATIONS l.Moteur à combustion interne à piston alternatif avec un arbre de compensation servant à compenser les vibrations dues à la torsion, dans lequel l'arbre de compensation est en liaison à son extrémité d'entraînement, par l'intermédiaire d'au moins un étage de transmission, avec l'arbre du vilebrequin du moteur à combustion interne, moteur à combustion interne caractérisé en ce que l'arbre de compensation (6) est réalisé en deux parties, une partie d'entraînement (5), qui porte l'extrémité d'entraînement, étant reliée au moyen d'un joint de cardan (7), sous son angle de déviation (a), à la partie entraînée (9) qui porte une masse d'équilibrage (8), l'étage de transmission (4) présentant un rapport de démultiplication d'un type tel que la mise en rotation irrégulière, transmise par l'arbre de vilebrequin (2) à la partie d'entraînement (5), se présente comme un mouvement de rotation uniforme de la partie entraînée (9), au moyen du degré d'irrégularité (U) du joint de cardan (7). 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de démultiplication présente une valeur plus petite que 1 et plus grande que 0,5, de préférence une valeur de 0,75. 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse d'équilibrage (8) est formée par le volant d'inertie (11) du moteur à combustion interne (1). 4. Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre de compensation (6) est disposé entre le moteur à combustion interne à piston alternatif (1) et une boîte de vitesse (10), montée après celui-ci, et en ce que le volant d'inertie (11) entraîne un embrayage (12) sur le côté entraîné. 5. Moteur à combustion interne selon la revendication (1) caractérisé en ce que le moteur à combustion interne à piston alternatif (1) est relié, sur son côté situé en regard de l'extrémité d'entraînement, de façon solidaire à une boîte de vitesse (10) montée après, et en ce que la partie entraînée (9) fait saillie librement à partir du joint de cardan (7). 6. Moteur à combustion interne selon les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que l'angle de déviation (x) peut être réglé au moyen d'un dispositif de réglage (16), qui contient un organe de mesure des vibrations, dues à la torsion, qui se produisent dans le moteur à combustion interne à piston alternatif (1), et un organe de réglage angulaire monté après, pendant que le moteur à combustion interne à piston alternatif est en fonctionnement. 7. Moteur à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne à piston alternatif (1) est disposé en tant qu'ensemble d'entraînement d'un véhicule à moteur et en ce que le dispositif de réglage (16) est maintenu dans celui-ci du côté de la carrosserie et en ce que ce dispositif de réglage (16), en venant en contact avec le moteur à combustion interne à piston alternatif (1), fait pivoter le moteur à combustion interne à piston alternatif (1) de l'angle de déviation (a) autour de l'axe du joint de cardan (15). 8. Moteur à combustion interne selon la revendication (6), caractérisé en ce que le dispositif de réglage (16) est disposé sur le moteur à combustion interne à piston alternatif (1) et, en venant en contact avec un carter contenant la partie entraînée (9), règle l'angle de déviation (x).