Brevet FR2746848A1 — publié le 19971003

DESCRIPTION La présente invention concerne un moteur à combustion interne à rapport volumétrique variable et son procédé de montage, où le volume des chambres de combustion est modifié par déplacement du vilebrequin (3) par rapport à la culasse, le vilebrequin étant supporté par un bloc vilebrequin (1) distinct du bloc cylindre (2) et qui enferme ce dernier, les deux blocs pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre grace à un dispositif de déplacement et à des organes assurant leur maintien et leur guidage, et comportant des usinages destinés à recevoir lesdits dispositifs et organes, ledit dispositif de déplacement citant composé d'un tourillon de déplacement cylindrique (4) de longueur voisine de la distance qui sépare les paliers extrêmes du vilebrequin et comportant au moins à ses extrémités deux manetons concentriques excentrés par rapport à l'axe du tourillon, ledit tourillon étant monté dans un palier (22) de l'un des blocs, bloc cylindre ou bloc vilebrequin, et étant susceptible de pivoter sous l'action d'un dispositif de commande (5) pour entrainer les manetons (41) qui, solidaires de l'autre bloc, provoquent le déplacement relatif des deux blocs. Un tel moteur est destine, en particulier, aux véhicules automobiles, aux groupes électrogènes et aux bancs d'essai de moteurs. La plage de fonctionnement des moteurs à allumage commande classiques présente une majorité de zones où le rendement énergétique est médiocre par rapport au rendement maximum. Ces zones correspondent soit à des régimes à charge réduite qualifiés d'économique, soit à des régimes élevés où le couple décrit quand la vitesse de rotation augmente. Dans ces deux cas, le remplissage des cylindres est incomplet, la pression résultante dans les chambres de combustion est faible et le rendement thermodynamique du moteur diminue, donc la consommation spécifique augmente ; à ce phénomène s'ajoute la mauvaise combustion du mélange airessence pour les mêmes raisons, ce qui diminue encore le rendement global. Les moteurs à rapport volumétrique variable pallient à cet inconvénient en maintenant à son maximum admissible la pression de combustion quelle que soit la charge, par contre ils apportent d'autres inconvénients, en particulier ils comportent plus de pièces mécaniques qu'un moteur traditionnel, sont plus fragiles et plus difficiles à construire. La présente invention se propose d'ameliorer la robustesse de tels moteurs et d'en simplifier la structure et la fabrication. - La figure 1 présente les différentes pièces du moteur et leur assemblage. - La figure 2 est une vue en perspective du bloc cylindre construit en une seule pièce. - La figure 3 présente en coupe un bloc cylindre construit en deux pièces dont les paliers du tourillon de déplacement sont rapportés et fixés par vis. - La figure 4 représente un tourillon de déplacement composé de tronçons excentriques montés sur un arbre cannelé. - La figure 5 représente le moteur complet en coupe. - La figure 6 montre le dispositif de rattrapage de longueur de courroie de distribution. - La figure 7 montre les cales permettant de rigidifier le bloc cylindre. Selon l'invention, suivant un mode de réalication préférentiel (figure 1), le bloc cylindre (2) est réalisé en une seule partie, le tourillon de déplacement (4) est situé en partie basse du bloc cylindre, du cote oppose à la culasse par rapport au vilebrequin et le bloc vilebrequin (1) est constitue de deux demi-coquilles (11) et (12) séparées qui s'assemblent au montage, pour enfermer le bloc cylindre (2), suivant un plan (13) très proche de celui contenant les axes du vilebrequin (3) et du tourillon de déplacement (4), chacune des demicoquilles comportant des cloisons (19) supportant les demi-paliers des tourillons du vilebrequin (14) et les demi-paliers des manetons (15) du tourillon de déplacement ainsi qu'un dispositif de guidage (16) prenant appui sur le bloc cylindre. Le bloc cylindre (2) (figure 2) comporte, dans sa partie médiane un trou (21) aménagé pour recevoir le vilebrequin (3) et dont les dimensions permettent la rotation de l'ensemble bielles-vilebrequin tant dans leur position haute - volume des chambres minimum - que dans leur position basse - volume des chambres maximum - pendant la marche, et dans sa partie inférieure les paliers (22) du tourillon de déplacement, ceux Le bloc cylindre (2) comporte, transversalement et à chaque palier de vilebrequin, un évidement vertical (28) permettant le passage de la cloison (19) correspondante du bloc vilebrequin. Selon une variante de construction (figure 3), le bloc cylindre (2) comporte une partie basse distincte (24) supportant les paliers (22) du tourillon de déplacement (4) rapportée sous la partie supérieure du bloc cylindre (2) et reliée à celleci par des moyens de fixation tels que boulons, le vilebrequin étant dans ce cas reçu de manière habituelle entre ces deux parties. Afin de rigidifier le bloc cylindre (2) malgré les évidements latéraux (28) qui y sont pratiques, ceux-ci laissent pleine la partie basse du bloc cylindre ou sa partie rapportée (24), formant ainsi une pièce de liaison (26) entre les supports de palier (22) du tourillon de déplacement (4), chaque cloison (19) du bloc vilebrequin (1) étant évidée (17) afin de recevoir ladite pièce de liaison avec un jeu suffisant pour permettre le déplacement relatif des deux blocs. Suivant une variante de construction (figure 7), afin de rigidifier le bloc cylindre (2) malgré les évidements latéraux (28) qui y sont pratiqués, les parties basses du bloc cylindre sont reliées entre elles par des cales (29) ajustées entre lesdits évidements, situées sensiblement au niveau des supports de paliers du tourillon de déplacement et installées lors du montage du bloc vilebrequin, le bloc cylindre et lesdites cales étant bloqués entre eux, par exemple au moyen de boulons longitudinaux, chaque cloison (19) du bloc vilebrequin (1) étant évidée (17) afin de recevoir ladite cale avec un jeu suffisant pour permettre le déplacement relatif des deux blocs. Toujours dans le but d'améliorer la rigidité du bloc cylindre, surtout s'il s'agit d'un moteur à chemises humides rapportées, le bloc cylindre comporte (figure 2) à chaque jonction des embases de cylindre, et reliant les deux parois latérales du bloc cylindre, des renforts transversaux (25) empêchant sa déformation malgré les pressions latérales induites par la traction exercée sur lesdites parois par le dispositif de déplacement. Suivant une forme de réalisation préférentiel, le tourillon de déplacement est monobloc (4) et s'introduit directement dans les paliers (22) du bloc vilebrequin. Suivant une variante de réalisation (figure 4) le tourillon de déplacement est constitué d'un ensemble de tronçons cylindriques (43) excentres les uns par rapport aux autres et indépendants, installés dans le bloc cylindre et relies entre eux par un arbre cannelé (44) qui assure leur calage, puis bloqués par des moyens de fixation tels que boulons situés à au moins une des extrémités du dit arbre cannelé. Suivant un mode de réalisation préférentiel (figure 1), le montage du moteur s'effectue dans l'ordre ci-après en introduisant d'abord le vilebrequin (3) dans le trou (21) du bloc cylindre (2) prévu à cet effet, puis en introduisant les bielles et pistons, et leur chemise s'il y a lieu, dans les cylindres par le haut, puis en amenant les manetons du vilebrequin et leur bielle associée en regard du trou (23) de passage du demi-palier de tete de bielle, et enfin en fixant ce dernier àsa bielle- autour du maneton de vilebrequin correspondant. Le montage du bloc vilebrequin (1) s'effectue après que le bloc cylindre soit complètement assemblé et équipe de l'ensemble mobile vilebrequin-bielles-pistons et du tourillon de déplacement, en assemblant, au moyen de vis par exemple, les deux demicoquilles (11) et (12) dont il est constitué, et dont les demi-paliers (14) et (15) viennent maintenir, d'une part les manetons (41) du tourillon de déplacement, et d'autre part les tourillons (31) du vilebrequin, les deux demi-coquilles ainsi assemblées enfermant le bloc cylindre (2). De plus, afin d'éviter que les vibrations dues au fonctionnement du moteur ne provoquent une usure excessive des organes de déplacement, le bloc cylindre et le bloc vilebrequin (figure 5) sont soumis en permanence à des forces importantes tendant à les repousser, ces forces étant produites par la mise sous pression d'un joint (6) pneumatique ou hydraulique situé en partie haute du moteur et prenant appui entre la colerette (27) du bloc cylindre et le plan supérieur (18) du bloc vilebrequin. Afin de maintenir constant le calage de la distribution malgré le déplacement relatif des deux blocs, ce moteur comporte un dispositif de rattrapage de longueur de courroie de distribution (figure 6) placé entre les poulies solidaires du bloc vilebrequin et celles solidaires du bloc cylindre, ledit dispositif étant constitue, d'une part coté tracteur de la courroie, de deux poulies (71) et (72), la première à partir du pignon d'entrainement du vilebrequin (74) étant solidaire du bloc vilebrequin, la suivante étant solidaire du bloc cylindre, la portion de courroie (73) qui les relie étant sensiblement perpendiculaire au plan de déplacement des deux blocs, et d'autre part, coté retour de la courroie, d'un tendeur de courroie de grande amplidude, ou d'une autre paire de poulies. Ce dispositif de rattrapage s'applique également à une chaine de distribution. REVENDICATIONS 1. Moteur à combustion interne à rapport volumétrique variable où le volume des chambres de combustion est modifié par déplacement du vilebrequin par rapport à la culasse, le vilebrequin (3) étant supporté par un bloc vilebrequin (1) distinct du bloc cylindre (2) et qui enferme ce dernier, les deux blocs pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre grace à un dispositif de déplacement, tout en restant reliés à des organes assurant leur maintien et leur guidage et comportant des usinages destines à recevoir lesdits dispositifs et organes, ledit dispositif de déplacement étant composé d'un tourillon de déplacement cylindrique (4) de longueur voisine de la distance qui sépare les paliers extrèmes du vilebrequin et comportant au moins à ses extrémités deux manetons (41) concentriques excentres par rapport à l'axe du tourillon, ledit tourillon étant monté sous le vilebrequin, du coté opposé à la culasse par rapport au vilebrequin, dans un palier de l'un des blocs, bloc cylindre ou bloc vilebrequin, et étant susceptible de pivoter sous l'action d'un dispositif de commande (5) pour entrainer les manetons qui, solidaires de l'autre bloc, provoquent le déplacement relatif des deux blocs, caractérisé en ce que le bloc vilebrequin (1) est constitué de deux demi-coquilles (11) et (12) qui s'assemblent au montage suivant un plan (13) proche de celui contenant les axes du vilebrequin et du tourillon de déplacement, chacune d'elles comportant des cloisons (19) supportant les demi-paliers (14) des tourillons (31) du vilebrequin (3) et les demi-paliers (15) des manetons (41) du tourillon de déplacement, et en ce que le bloc cylindre (2) comporte transversalement des évidements verticaux (28) permettant le passage des dites cloisons. 2. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bloc cylindre (2) est réalisé en une seule partie et comporte, dans sa partie médiane un trou longitudinal (21) aménagé pour recevoir le vilebrequin et dont les dimensions permettent la rotation de l'ensemble bielles-vilebrequin tant en position haute - volume des chambres minimum - qu'en position basse - volume des chambres maximum - pendant la marche, et dans sa partie inférieure les paliers (22) du tourillon de déplacement, ceux-ci étant décalés du plan des cylindres de manière à laisser une place suffisante pour y usiner des trous (23) permettant de mettre en place les demi-paliers de tête de bielle sur les manetons du vilebrequin. 3. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bloc cylindre (2) comporte une partie basse distincte (24) supportant les paliers (22) du tourillon de déplacement (4) rapportée sous la partie supérieure du bloc cylindre (2) et reliée à celle-ci par des moyens de fixation tels que boulons, le vilebrequin étant dans ce cas reçu de manière habituelle entre ces deux parties. 4. Moteur selon la revendication 1 dont le tourillon de déplacement (4) est constitué d'un ensemble de tronçons cylindriques (43) excentrés les uns par rapport aux autres et indépendants, installés dans le bloc cylindre et reliés entre eux par un arbre cannelé (44) qui assure leur calage, puis bloqués par des moyens de fixation tels que boulons situés à au moins une des extrémités du dit arbre cannelé. 5. Moteur selon la revendication 1 et l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé par le fait que le bloc cylindre (2) comporte à chaque jonction des embases de cylindre, et reliant les deux parois latérales du bloc cylindre, des renforts transversaux (25) empêchant sa déformation malgré les pressions latérales induites par la traction exerce sur lesdites parois par le dispositif de déplacement. 6. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, afin de rigidifier le bloc cylindre (2) malgré les évidements latéraux (28) qui y sont pratiques, lesdits évidements laissent pleine la partie basse du bloc cylindre ou sa partie rapportée (24), formant ainsi une pièce de liaison (26) entre les supports de palier (22) du tourillon de déplacement (4), chaque cloison (19) du bloc vilebrequin (1) étant évidée (17) afin de recevoir ladite pièce de liaison avec un jeu suffisant pour permettre le déplacement relatif des deux blocs. 7. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, afin de rigidifier le bloc cylindre (2) malgré les évidements latéraux (28) qui y sont pratiqués, les parties basses du bloc cylindre sont reliées entre elles par des cales (29) ajustées entre lesdits évidements, situes sensiblement au niveau des supports de palier du tourillon de déplacement et installées lors du montage du bloc vilebrequin, le bloc cylindre et lesdites cales étant bloqués entre eux, par exemple au moyen de boulons longitudinaux, chaque cloison (19) du bloc vilebrequin (1) étant évidée (17) afin de recevoir ladite cale avec un jeu suffisant pour permettre le déplacement relatif des deux blocs. 8. Procédé de montage du moteur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il consiste à introduire d'abord le vilebrequin (3) dans le trou (21) du bloc cylindre prévu à cet effet, puis à introduire les bielles et pistons, et leur chemise s'il y a lieu, dans les cylindres par le haut, puis à amener les manetons du vilebrequin et leur bielle associée en regard du trou (23) de passage du demi-palier de tête de bielle, et enfin à fixer ce dernier à sa bielleautour du maneton de vilebrequin correspondant. 9. Procédé de montage du moteur selon la revendication 1 et l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il consiste à monter le bloc vilebrequin après que le bloc cylindre soit complètement assemble et équipé de l'ensemble mobile vilebrequin-bielles-pistons et du tourillon de déplacement, en assemblant, au moyen de vis par exemple, les deux demicoquilles (11) et (12) dont il est constitue, et dont les demi-paliers (14) et (15) viennent maintenir, d'une part les manetons (41) du tourillon (31) de déplacement, et d'autre part les tourillons du vilebrequin, les deux demi-coquilles ainsi assemblées enfermant le bloc cylindre (2). 10. Moteur selon la revendication 1 du type comportant des moyens exerçant en permanence à des forces importantes tendant à repousser le bloc cylindre (2) du bloc vilebrequin (1) afin d'éviter que les vibrations dûes au fonctionnement du moteur ne provoquent une usure excessive des organes de déplacement caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitues d'un joint (6) situé en partie haute du moteur et prenant appui entre la colerette (27) du bloc cylindre et le plan supérieur (18) du bloc vilebrequin et soumis à une pression pneumatique ou hydraulique. 11. Moteur selon la revendication 1 du type comportant un dispositif de rattrapage de longueur de courroie de distribution caractérisé en ce que ce dispositif est constitué, coté tracteur de la courroie, de deux poulies (71) et (72), la première à partir du pignon d'entrainement du vilebrequin (74) étant solidaire du bloc vilebrequin, la suivante étant solidaire du bloc cylindre, la portion de courroie (73) qui les relie étant sensiblement perpendiculaire au plan de déplacement des deux blocs et qu'il est place entre les poulies solidaires du bloc vilebrequin et celles solidaires du bloc cylindre.