Brevet FR2781030A1 — publié le 20000114

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE COMPORTANT UN MOYEN DE RÉDUCTION DES ACYCLISMES POUR LES FONCTIONNEMENTS A BAS RÉGIME La présente invention concerne un moteur alternatif à combustion interne comportant un moyen de réduction des acyclismes pour les fonctionnements à bas régime. Actuellement, tous les motoristes cherchent à diminuer la pollution et la consommation des moteurs de véhicules en ville. Une première solution consiste à arrêter le moteur aux feux rouges et à le redémarrer ensuite. Cela nécessite d'accoupler directement sur le vilebrequin un moteur-alternateur, ce qui est cher. La deuxième solution consiste à diminuer la vitesse de rotation des moteurs au ralenti. Mais, lorsque l'on diminue la vitesse au ralenti d'un moteur, l'acyclisme augmente, ce qui rend instable son fonctionnement. La seule méthode pour diminuer l'acyclisme est d'augmenter le moment d'inertie du volant. Mais cela présente de nombreux inconvénients, à savoir: une augmentation pénalisante de la masse du groupe moto-propulseur; une augmentation nécessaire des performances du démarreur; et un abaissement des performances du moteur, dont les montées en vitesse deviennent plus lentes. La disposition selon la présente invention permet d'obtenir simultanément deux résultats qui sont antagonistes, à savoir: un volant qui présente un grand moment d'inertie pour l'acyclisme, ce qui réduit très fortement celui-ci, et un moment d'inertie plus faible pour le moteur du fait que l'on utilise un volant dont la masse est plus faible. Pour arriver à ce résultat, on utilise des masses pendulaires associées, soit au volant d'inertie, soit à une poulie à l'autre extrémité du vilebrequin. Il est connu d'associer des masses pendulaires à un vilebrequin, à l'une et/ou l'autre des extrémités de celui-ci, pour amortir les vibrations qui apparaissent dans le vilebrequin lui-même lorsqu'il est soumis à de fortes charges, vibrations qui risquent de provoquer la rupture du vilebrequin. Dans le cas de la présente invention, on n'utilise pas ces sytèmes pendulaires pour protéger le vilebrequin contre un risque de rupture due à des vibrations, mais pour combattre les effets dus au moment d'inertie de l'ensemble moteur (vilebrequin et pistons) lorsque ce dernier tourne à faible vitesse (c'est-à-dire lorsque le vilebrequin est soumis à de très faibles charges), et est donc soumis à des acyclismes. Cette application de ces systèmes pendulaires, en eux- mêmes connus, au problème très particulier des acyclismes permet d'avoir un moment d'inertie adapté pour les vitesses de rotation de l'ordre de 500 t/mn + 200. Ces systèmes, dont les caractéristiques sont calculées pour qu'ils soient efficaces contre les acyclismes à bas régimes sont inopérants et sans effet aux hauts régimes. Selon l'invention, on accouple au vilebrequin, par exemple au volant d'inertie au moins un élément susceptible d'avoir, au cours de la rotation du volant, un mouvement pendulaire par rapport audit volant lorsque la rotation s'effectue avec un acyclisme. Si n est la vitesse de rotation moyenne du moteur, on sait qu'au cours du fonctionnement, la vitesse instantanée varie entre , et Q2; le coefficient d'irrégularité cyclique est n = - 2; on peut calculer que, pour un moteur k alternatif à combustion interne, n - o k est une constante in2 représentative de l'amplitude de variation du couple moteur et I est le moment d'inertie de l'ensemble moteur-récepteur. Ceci montre que l'acyclisme est d'autant plus grand que la vitesse moyenne de rotation est plus faible. L'utilisation d'élément(s) pendulaire(s), convenablement accordé(s), permet de compenser l'acyclisme. On choisit avantageusement le dimensionnement et la masse des éléments pendulaires ainsi que leur positionnement sur le volant d'inertie de façon à les accorder sur les harmoniques majeurs de l'acyclisme. On constate que, de la sorte, on peut faire tourner, par exemple, un moteur 4 cylindres, 4 temps à des vitesses moyennes voisines de 300 tours/mn sans irrégularités gênantes et avec un volant d'inertie allégé par rapport à ceux de l'état de la technique. La présente invention a, en conséquence, pour objet un moteur à combustion interne, dont le vilebrequin est muni, par exemple, d'un volant d'inertie, caractérisé par le fait que ledit volant d'inertie est muni d'au moins un élément pendulaire dont le dimensionnement, la masse et le positionnement sur ledit volant d'inertie sont déterminés de façon à être accordés au voisinage de la pulsation du ou des harmoniques majeurs de l'acyclisme. Par exemple, pour un moteur alternatif 4 cylindres en ligne à cycle 4 temps, l'harmonique majeur de l'acyclisme a une pulsation égale à deux fois la vitesse de rotation. La présente invention peut également comporter les dispositions suivantes prises séparément ou en combinaison: a) le volant d'inertie est muni d'au moins deux logements dans lesquels une masselotte peut se déplacer librement; b) le volant d'inertie est muni de trois logements disposés à les uns des autres; c) le volant d'inertie est muni de deux groupes de trois logements disposés à 120 les uns des autres, les deux groupes étant intercalés de façon symétrique et chaque groupe ayant des dimensions et des positions différentes ainsi que des masses différentes; d) les parois latérales de chaque logement sont planes et séparées l'une de l'autre par un chemin de roulement, la masselotte étant un galet susceptible de rouler entre les parois latérales sur le chemin de roulement; de préférence, le galet est un cylindre de révolution; e) le chemin de roulement du logement, contre lequel roule le galet, est une surface de révolution autour d'un axe perpendiculaire aux parois latérales du logement; f) le logement peut être un cylindre de révolution; g) la section droite du chemin de roulement par un plan parallèle aux parois latérales du logement est une courbe déterminée par calcul en fonction de la réaction désirée sur les phénomènes acycliques; h) les parois latérales de chaque logement sont constituées par des flasques annulaires fixés de part et d'autre du volant d'inertie; le chemin de roulement d'un logement est constitué par une bague insérée dans une ouverture pratiquée dans le volant, la bordure intérieure de chaque flasque annulaire venant en appui contre une extrémité de chaque bague et constituant un chemin de roulement, les moyens de fixation du volant d'inertie sur le vilebrequin étant disposés dans la zone centrale laissée libre par les flasques annulaires; i) le volant d'inertie est muni de trois dispositifs pendulaires disposés à 120 les uns des autres, chaque dispositif pendulaire étant double; j) le volant d'inertie est muni de deux groupes de trois dispositifs pendulaires doubles intercalés de façon symétrique et ayant des caractéristiques de dimensions, positions et masses différentes; k) le système pendulaire double est constitué par une masse mobile, reliée au volant par deux axes, chacun se déplaçant à la fois dans un logement ménagé dans la masse mobile et dans un logement ménagé dans le volant; 1) la masse mobile a une section en T; m) la masse mobile a une section en U. Pour faciliter la compréhension de l'invention, on va en décrire ci-après, à titre d'exemple non limitatif et purement illustratif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin: - la figure 1 représente une vue en coupe axiale, selon II de la figure 2, de l'extrémité du vilebrequin d'un moteur selon l'invention muni d'un volant d'inertie à éléments pendulaires; - la figure 2 représente une vue en élévation, avec arrachement partiel, du volant de la figure 1, selon II-II de la figure 1; - les figures 3 et 4 représentent une vue en élévation et une vue en coupe axiale d'une variante de réalisation des figures 1 et 2; - les figures 5 et 6 représentent deux vues en élévation et en coupe axiale d'un deuxième mode de mise en oeuvre de la présente invention; - les figures 7 et 8 représentent deux vues en élévation et en coupe axiale d'une troisième mode de mise en oeuvre de la présente invention; - les figures 9 et 10 représentent deux vues en élévation et en coupe axiale d'une variante de réalisation du troisième mode de mise en oeuvre de la présente invention. En se reportant aux figures 1 et 2, on voit que sur l'extrémité 1 d'un vilebrequin 2 est emmanché un manchon 3 sur lequel est fixé coaxialement un volant d'inertie désigné par la référence générale 4. Cette fixation est réalisée au moyen de huit goujons 46 régulièrement répartis autour de l'axe du volant 4. Le volant 4 est constitué par un disque plein 40 d'une épaisseur suffisamment importante pour avoir un moment d'inertie significatif adapté au moteur auquel il est associé. Ce disque 40 est percé de trois ouvertures circulaires 41 à 120 l'une de l'autre, dans chacune desquelles est insérée une bague cylindrique 42. Les deux faces du disque 40 sont recouvertes par des flasques annulaires 43 qui sont fixés sur le disque 40 par des vis 47 coopérant avec des alésages filetés 48 du disque 40. Ces deux flasques 43 recouvrent les extrémités des bagues 42 et définissent avec le volume intérieur de chaque bague cylindrique 42 un logement cylindrique fermé 44. Dans chaque logement 44 est disposée une masselotte constituée par un galet 45. Ce galet 45 est un cylindre plein dont la longueur est sensiblement égale (et en fait légèrement inférieure) à l'épaisseur du disque 40; cette distance est celle qui sépare les deux flasques 43 et définit donc la longueur du logement 44. Il en résulte que les galets 45 peuvent se mouvoir librement dans leurs logements 44 et, en particulier, rouler le long de la paroi interne desdits logements 44. Lorsque le moteur est à l'arrêt, chacun des galets 45 repose en bas de son logement 44; dès que le moteur atteint quelques tours par minute, par exemple à la vitesse d'entraînement du démarreur, les galets 45 viennent occuper, sous l'effet de la force centrifuge, la position radiale représentée sur les figures 1 et 2. Lorsque le moteur tourne au ralenti, des acyclismes apparaissent, qui se traduisent par des successions de ralentissements et d'accélérations de la rotation du vilebrequin 1: les galets 45 roulent alors dans un sens ou dans l'autre le long de la paroi de leurs logements cylindriques, ce qui contre-balance, ou à tout le moins diminue, lesdits acyclismes, lesdits galets se comportant alors comme des éléments pendulaires. Dans l'exemple représenté, les logements 44 sont cylindriques, de sorte que chaque galet 45 peut être considéré comme un pendule dont la longueur est égale au rayon de la bague 42; mais l'invention n'est pas limitée à ce cas particulier. En effet, la section droite de la paroi interne de chaque logement peut être quelconque: circulaire (comme représenté), elliptique, ou autre; elle peut même ne pas être symétrique par rapport au rayon du disque 40 passant par le centre de la section droite: cela permet de modifier à volonté la loi de réaction des masselottes sur les phénomènes acycliques. De même, dans l'exemple représenté, il y a trois logements 44 et trois galets 45, mais l'invention n'est pas limitée à ce mode particulier de réalisation: il faut au moins un logement et une masselotte; mais il peut y en avoir 2, 3, 4 ou plus, à condition qu'ils soient disposés à intervalles réguliers par rapport au centre de rotation du volant. Les figures 3 et 4 représentent une variante de réalisation du mode de réalisation des figures 1 et 2, les mêmes éléments portant les mêmes références. Pour simplifier les figures, seul le volant d'inertie 4 a été représenté, le vilebrequin 1 et les moyens de fixation du volant 4 à l'extrémité du vilebrequin ayant été omis parce qu'ils ne font pas partie de l'invention. Il en sera de même pour les autres figures 5 à 10. Selon cette variante, le logement 44 de chaque galet 45 ne traverse pas toute l'épaisseur du volant 40 mais est creusé dans ce dernier sur seulement une partie de cette épaisseur. Chaque logement 44 est muni d'une bague de roulement 42 qui fait saillie partiellement hors du logement 44 et est recouverte par un couvercle 49. Le galet 45 se débat dans le volume cylindrique constitué par le fond 44a du logement 44, la bague 42 et le couvercle 49. Le fonctionnement de ce dispositif est le même que celui des figures précédentes 1 et 2. Les figures 5 et 6 représentent un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention, les éléments identiques à ceux des figures 1 à 4 portant les mêmes références. Ce deuxième mode de réalisation est caractérisé par le fait que le volant 4 comporte deux groupes de trois logements régulièrement intercalés entre eux. Il y a d'abord un groupe de trois logements 44, disposés à les uns des autres, chaque logement comportant une masselotte 45. Il y a en plus un deuxième groupe de trois logements 54, disposés à 120 les uns des autres. Ce deuxième groupe est intercalé entre le premier, c'est-à-dire que les logements 44 et 54 sont à 60 les uns des autres. Chaque logement 54 est muni d'une bague de roulement 52, d'une masselotte 55 et est fermé par un couvercle 59. Il est à noter que tous les paramètres dimensionnels des logements 54 sont différents de ceux des logements 44, à savoir: leur distance par rapport au centre du volant 40 est plus petit, leur diamètre est plus petit et la masse de la masselotte 55 différente. Tous ces paramètres peuvent être facilement déterminés par calcul pour que les éléments pendulaires 45 et les éléments pendulaires 55 soient accordés au voisinage des pulsations des harmoniques majeurs de l'acyclisme. Les figures 7 à 10 illustrent un troisième mode de mise en oeuvre de l'invention. Les calculs mathématiques montrent qu'il est préférable d'avoir des systèmes pendulaires doubles, que les spécialistes appellent "bifilaires". Dans les figures 7 à 10, il y a trois groupes de dispositifs pendulaires, disposés à 120 les uns des autres. Aux figures 7 et 8, on voit que le volant d'inertie 4 comporte un sillon périphérique 60. Dans ce sillon 60 viennent s'encastrer les portions 61a de trois masses 61, en forme de T, disposées à 120 les unes des autres. Chaque portion 61a d'une masse 61 est munie de deux perçages circulaires 62. Le volant 40 est percé de trois paires de perçages circulaires 63, disposées à 120 les unes des autres. Chaque paire de perçages 63 correspond aux deux perçages 62 d'une masse 61. Les perçages 62 et 63 sont traversés par des axes 64. Les axes 64 ont un diamètre inférieur à celui des perçages 62 et 63. Chaque masse 61 constitue alors l'équivalent d'un pendule tenu par deux fils, la longueur de chaque fil correspondant au rayon d'un logement 63. Lorsque la vitesse de rotation du moteur diminue puis augmente, chaque masse 61 oscille dans un sens puis dans l'autre. Les différents paramètres de ces pendules doubles: dimensions, position et masse sont déterminées par calcul mathématique de façon à ce qu'ils soient accordés sur une pulsation voisine de la pulsation de l'harmonique choisi, en l'occurrence l'harmonique majeur de l'acyclisme du moteur considéré. Les figures 9 et 10 illustrent une variante de réalisation du dispositif des figures 7 et 8, la forme de chaque masse étant inversée et en forme de U de façon à faire un étrier; les éléments identiques portant les mêmes références. Chaque masse 71 est une pièce dont la section est en U de façon à coiffer le volant 40. A cet effet, chaque masse 71 est munie de deux parois latérales 70 dont l'écartement est légèrement supérieur à l'épaisseur du volant 40. Les parois latérales 70 sont munies de perçages 72, qui correspondent aux perçages 62 des figures 7 et 8; le volant 40 est muni des mêmes perçages 63 que dans le cas des figures 7 et 8 et des axes 74 (correspondants aux axes 64) traversent les perçages 63 et 72. Le fonctionnement est identique à celui du dispositif représenté aux figures 7 et 8. A noter qu'aux figures 5 et 6, on a représenté un système comportant deux groupes de trois masselottes 45 et 55 mais l'invention n'est pas limitée à cette disposition particulière: on peut avoir un nombre "n" de groupes de masselottes, disposés sur "q" rayons différents, les masselottes de chaque groupe ayant une masse "m" différente. Il s'avère cependant nécessaire que le nombre "n" soit au moins égal à 2 et que les masselottes soient décalées d'angles égaux à pour des raisons d'équilibrage. n On peut, de la même façon, disposer un nombre quelconque "n" de masses telles que 61 ou 71, ayant des masses "m" différentes et placées sur "q" rayons différents, "n" étant égal ou supérieur à 2 et les masses 61 ou 71 étant décalées d'angles égaux à n pour des raisons d'équilibrage. n REVENDICATIONS 1 - Moteur à combustion interne, dont le vilebrequin (1) est muni d'une poulie ou d'un volant d'inertie (4) solidarisé avec lui par des moyens de fixation, caractérisé par le fait que ledit volant d'inertie (4) est muni d'au moins un élément pendulaire (45, 55, 61, 71) dont le dimensionnement, la masse et le positionnement sur ledit volant d'inertie (4) sont déterminés de façon à être accordés au voisinage de la pulsation de l'harmonique majeur de l'acyclisme. 2 - Moteur selon la revendication 1, dans lequel le volant d'inertie (40) est muni d'au moins "n" logements (44) dans lequel une masselotte (45) peut se déplacer librement, "n" étant égal ou supérieur à deux. 3 - Moteur selon la revendication 2, dans lequel le volant d'inertie (40) est muni d'au moins trois logements (44) disposés à 120 les uns des autres. 4 - Moteur selon la revendication 3, dans lequel le volant d'inertie (40) est muni de deux groupes de trois logements (44, 54) disposés à 120 les uns des autres, les deux groupes étant intercalés de façon symétrique et chaque groupe ayant des dimensions, des positions ainsi que des masses différentes. - Moteur selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les parois latérales de chaque logement (44) sont planes et séparées l'une de l'autre par un chemin de roulement et la masselotte est un galet (45) susceptible de rouler entre les parois latérales sur le chemin de roulement. 6 - Moteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le galet est un cylindre de révolution. 7 - Moteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le chemin de roulement du logement (44), contre lequel roule le galet (45), est une surface de révolution autour d'un axe perpendiculaire aux parois latérales du logement. 8 - Moteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le logement (44) est un cylindre de révolution. 9 - Moteur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la section droite du chemin de roulement par un plan parallèle aux parois latérales du logement est une courbe déterminée par calcul en fonction de la réaction désirée sur les phénomènes acycliques. - Moteur selon la revendication 5 prise seule ou en combinaison avec l'une des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que les parois latérales de chaque logement (44) sont constituées par des flasques annulaires (43) fixés de part et d'autre du volant d'inertie (4). 1i1- Moteur selon la revendication 5 prise seule ou en combinaison avec l'une des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait que le chemin de roulement d'un logement (44) est constitué par une bague (42) insérée dans une ouverture (41) pratiquée dans le volant (4). 12 - Moteur selon la revendication 1, dans lequel les éléments pendulaires (61, 71) sont bi-filaires. 13 - Moteur selon la revendication 12, dans lequel les éléments pendulaires sont constitués par des masses (61, 71) munies de perçages (62, 72) traversés par des axes (64, 74) traversant également des perçages correspondants (63) pratiqués sur le volant d'inertie, les diamètres des perçages (62, 63, 72) étant supérieurs à celui des axes (64, 74). 14 - Moteur selon la revendication 13, dans lequel le volant (40) comporte un sillon périphérique (60) dans lequel s'engage une portion (61a) de la masse (61), cette portion (61a) éant munie de deux perçages (62) traversés par deux axes (64) traversant également deux perçages correspondants (63) du volant (40). 15 - Moteur selon la revendication 14, dans lequel chaque masse (61) a une section en forme de T. 16 - Moteur selon la revendication 13, dans lequel chaque masse (71) a une section en U, formant étrier, les deux parois latérales (70) de la masse (71) étant munies de deux perçages (72) traversés par deux axes (74) qui traversent également deux perçages correspondant (63) du volant (40). 17 - Moteur selon les revendications précédentes 1 à 16, caractérisé par le fait que le volant d'inertie (40) est muni de "n" groupes de dispositifs pendulaires (45, 55, 61, 71), disposés sur q" rayons différents, les masses "m" desdits éléments pendulaires étant il différentes; "n" étant égal ou supérieur à 2 et les masses (45, 55, 61, 71) étant décalées d'angles égaux à. n