Brevet FR2802264A1 — publié le 20010615

"Dispositif d'équilibrage d'un moteur thermique" L'invention concerne un dispositif pour la filtration des irrégularités du mouvement de rotation d'un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif pour la filtration des irrégularités du mouvement de rotation d'un moteur thermique de véhicule automobile, du type dans lequel le moteur comporte un vilebrequin axial qui est monté à rotation dans un bloc et qui porte au moins une came sur laquelle est en appui une première extrémité d'au moins un poussoir qui est rappelé élastiquement à l'encontre de la came pour générer un couple antagoniste susceptible de s'opposer à des pics du couple moteur du vilebrequin. On connaît de nombreux exemples de dispositifs de ce type. Le document JP-A-58102842 décrit représente un moteur thermique dont un vilebrequin porte deux cames juxtaposées à deux bossages, décalées angulairement de quatre vingt dix degrés l'une par rapport à l'autre, qui sont agencées sensiblement à mi-longueur du vilebrequin, et sur chacune desquelles est en appui un poussoir coulisse dans un alésage formé dans le bloc du moteur thermique et qui est rappelé élastiquement à l'encontre de la came par un ressort hélicoïdal agencé dans l'alésage. Les cames occupent une position angulaire déterminée par rapport au vilebrequin de manière à produire un couple qui s'oppose aux pics de couple du moteur qui sont produits par des harmoniques prépondérants, c'est à dire des harmoniques d'ordre deux, lors de la rotation du vilebrequin. Cette configuration présente de nombreux inconvé nients. En effet, les ressorts de rappel des poussoirs sont, dans un tel dispositif, tarés de manière à produire un effort important sur les cames, dans le but de maintenir un contact permanent entre les poussoirs et les cames quel que soit régime de rotation du moteur et les efforts d'inertie pourraient s'exercer sur les poussoirs. De ce fait, pour régimes réduits de rotation du moteur, les poussoirs opposent un couple résistant important au couple moteur du vilebrequin, ce qui pénalise fortement le rendement du moteur équipé tel dispositif. Cet inconvénient est particulièrement sensible lors d'une phase de démarrage du moteur thermique ou lorsque celui-ci fonctionne à un régime de ralenti. Un tel dispositif nécessite d'équiper le moteur d'un démarreur de taille supérieure à un moteur analogue qui serait dépourvu d'un dispositif. Le moteur muni d'un tel dispositif est conséquent plus encombrant et plus onéreux à fabriquer. De plus, la raideur des ressorts étant constante, rapport au couple moteur dont l'amplitude dépend du régime moteur et de la charge, l'effet du couple maximal constant lie au poussoir varie relativement. Ainsi, l'effet relatif du poussoir ne cesse de diminuer lorsque le couple moteur augmente. Par ailleurs, le moteur est susceptible de fonctionner a au moins un régime d'extinction, qui dépend de la charge du moteur. C'est notamment le cas, de façon non restrictive, lorsque le moteur est en décélération et est entraîné par transmission du véhicule. Dans ce cas, le couple d'inertie alterné, qui résulte du mouvement des masses alternées mouvement, c'est à dire des pistons et des bielles, devient prépondérant et pratiquement en opposition de phase rapport au couple qui résulte de la combustion des gaz dans moteur. II s'ensuit un déphasage angulaire du couple transmis par le vilebrequin par rapport au couple moteur du vilebrequin qui existe lorsque le moteur entraîne la transmission. Dans cette configuration, le couple produit par les poussoirs est donc déphasé angulairement par rapport au couple transmis par le vilebrequin, rendant le dispositif inopérant, voire pénalisant pour la filtration des irrégularités du mouvement de rotation vilebrequin. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose un dispositif du type précédemment décrit comportant un montage mixte de ressort mécanique et pneumatique dont la raideur ressort pneumatique peut être adaptée au régime de rotation du moteur, notamment pour génerer un couple antagoniste susceptible de s'opposer à des pics du couple moteur vilebrequin ou pour générer un couple en opposition de phase avec lesdits pics du couple moteur du vilebrequin . Dans ce but, l'invention propose un dispositif du type décrit precédemment, caractérisé en ce que poussoir est rappelé elastiquement par un montage à deux ressorts en parallèle, de raideur variable, qui comporte un premier ressort mécanique de raideur constante réduite un ressort pneumatique de raideur élevée fonctionnant seulement pour des régimes déterminés de rotation du moteur thermique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - poussoir est sensiblement cylindrique et est monté coulissant de manière étanche dans un boîtier cylindrique complémentaire solidaire du bloc du moteur thermique, pour délimiter a l'intérieur de celui-ci une chambre pression d'air du ressort pneumatique, - le ressort mécanique est agencé à l'intérieur de la chambre de pression d'air, en appui entre une paroi de fond du boîtier et une deuxième extrémité du poussoir qui fait saillie dans la chambre, - le ressort mécanique est taré de manière à rappeler le poussoir au contact de la came en n'opposant qu'un couple réduit au couple moteur du vilebrequin, - la chambre de pression est susceptible d'être mise en communication avec l'air ambiant, notamment pour réduire le couple antagoniste, par l'intermédiaire d'une électrovanne dont l'ouverture est susceptible d'être synchronisée avec la position angulaire du vilebrequin, notamment par l'intermédiaire d'un calculateur d'injection du véhicule, - l'électrovanne est ouverte de manière synchronisée avec positions déterminées de rotation du vilebrequin au moins lors d'une phase de démarrage du moteur, lorsque le moteur fonctionne à un régime réduit de ralenti, lorsque le moteur fonctionne à pleine puissance, et pour au moins un régime rotation du moteur selon lequel le poussoir entre en résonance, moins un poussoir est agence en bout du vilebrequin, dispositif comporte deux poussoirs montés en opposition de part et d'autre de la came du vilebrequin, came comporte des lobes qui sont repartis angulai- rement façon régulière et qui sont en nombre deux fois inférieur a celui du nombre de cylindres moteur, pour s'opposer aux pics de couple du vilebrequin produits par l'harmonique prépondérante liée à la combustion au sein du moteur, - la came comporte des lobes sont répartis angulairement de façon régulière et qui sont en nombre égal à celui nombre de cylindres du moteur, pour s'opposer aux pics couple du vilebrequin produits par au moins une des deux harmoniques prépondérantes liée à la combustion au sein du moteur, la came est formée de deux demi-cames qui sont décalées axialement, qui comportent chacune une part égale du nombre total de lobes répartis angulairement de façon régulière, et qui reçoivent chacune en appui un des poussoirs en opposition, le dispositif est adapté à un moteur comportant un nombre impair de cylindres, il comporte autant de poussoirs répartis angulairement autour de la came du vilebrequin que de cylindres, et chaque électrovanne associée ' chaque poussoir est susceptible d'être alternativement ouverte ou fermée lorsque la came est en appui sur ledit poussoir. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une première et d'une deuxième variantes d'un moteur équipé d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe d'un cinquième mode de réalisation de l'invention. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On a représenté à la figure 1 deux variantes d'un moteur thermique comportant un dispositif pour la filtration des irrégularités du mouvement de rotation d'un moteur thermique de véhicule automobile. De manière connue, un moteur thermique 10 de véhicule automobile moteur comporte un vilebrequin axial 12 qui est monté à rotation dans un bloc 14 par l'intermédiaire d'au moins deux paliers 16 et qui comporte des manetons 18 qui portent des pistons 20. En particulier le moteur thermique 10 représenté à la figure 1 est un moteur à quatre cylindres comportant quatre pistons. De manière connue, un tel moteur 10 peut comporter un dispositif 22 permettant la filtration des irrégularités du mouvement de rotation du moteur thermique. Le dispositif 22 comporte au moins une came 24 qui est liée en rotation au vilebrequin 12 et sur laquelle est en appui une première extrémité 25 d'au moins un poussoir 26 qui est monté coulissant dans un boîtier 28 solidaire du bloc 14 moteur 10. La came 24 occupe une position angulaire déterminée sur le vilebrequin 12. Le poussoir 26 est rappelé élastique ment, notamment de manière conventionnelle par un ressort hélicoïdal 30 qui est agencé dans le boîtier 28 en appui entre un fond 32 du boîtier 28 et une deuxième extrémité 34 poussoir 26, de manière à exercer un effort à l'encontre de la came 24 pour générer un couple antagoniste susceptible de s'opposer à des pics du couple moteur du vilebrequin 12. Avantageusement, le boîtier 28 est lié au bloc 14 du moteur 10, et il peut par exemple être réalisé venu de matière avec le matériau moulé (non représenté) du bloc 14 du moteur 10. Selon des première et deuxième variantes de l'invention qui vont être décrite plus en détail dans la suite de la présente description, le dispositif 22 est agencé en bout du vilebrequin 12. Selon la première variante de l'invention, le dispositif peut être agencé à l'avant du vilebrequin 12, comme illustré en traits forts sur la gauche de la figure 1, ou bien, selon deuxième variante de l'invention, être agencé à l'arrière vilebrequin 12 et du côté d'un volant moteur 36, comme illustre en pointilles sur la droite de la figure1. De manière connue, un tel dispositif 22 comporte préférence deux poussoirs 26 montés en opposition de part d'autre de la came 24 du vilebrequin. Cette disposition n' pas limitative de l'invention, mais elle présente l'avantage permettre aux poussoirs 26, pour peu que la came comporte bossages diamétralement opposés, d'opposer couple moteur du vilebrequin 12 un couple résistant deux fois supérieur a celui qui serait produit par un poussoir 26 unique. Conformément à l'invention, et comme illustré plus particulièrement aux figures 2 et suivantes, le poussoir 26 rappelé élastiquement par un montage à deux ressorts en parallèle, comporte un premier ressort mécanique 30 faible raideur et un ressort pneumatique 38 de raideur élevée fonctionnant pour des régimes déterminés de rotation moteur thermique 10. En effet, le poussoir 26 présente une forme sensiblement cylindrique et est monté coulissant de manière étanche, exemple au moyen d'un segment d'étanchéite (non representé) dans le boîtier 28 qui présente une forme cylindrique complémentaire solidaire du bloc 14 du moteur thermique 10, pour délimiter à l'intérieur de celui-ci une chambre 40 de pression d'air du ressort pneumatique 38. L'air emprisonné dans la chambre 40 constitue donc un ressort pneumatique 38 de raideur élevée, pour peu que la course du poussoir 26 dans la chambre 40 permette une compression élevée de l'air contenu dans celle-ci. Avantageusement, la chambre 40 de pression d'air comporte aussi le premier ressort mécanique 30. deux ressorts mécanique 30 et pneumatique 38 agissent différemment sur la poussoir 26 en fonction des régimes rotation du moteur thermique 10. effet, le ressort mécanique 30 est taré avec une raideur reduite de manière à rappeler le poussoir 26 au contact de la came 24 en n'opposant qu'un couple réduit au couple moteur vilebrequin 12. La raideur réduite du ressort mécanique 30 permet notamment pour des régimes réduits de rotation vilebrequin 12, c'est à dire par exemple lors d'une phase démarrage du moteur thermique 10 ou lorsque celui- ci fonctionne à un régime de ralenti, de limiter le couple produit le poussoir 26 à une valeur négligeable par rapport au couple vilebrequin 12. De sorte, le dispositif 22 ne nécessite pas d'équiper le moteur d'un démarreur de taille supérieure à un moteur analogue serait dépourvu d'un tel dispositif 22 pour la seule phase démarrage du moteur 10. Conformément à l'invention, la chambre 40 de pression du boîtier est susceptible d'être mise en communication avec l'air ambiant pour réduire le couple antagoniste par l'intermédiaire d'une électrovanne 42 dont l'ouverture est susceptible d'être synchronisée avec la position angulaire du vilebrequin notamment par l'intermédiaire d'un calculateur 44 d'injection véhicule. En effet, lorsque l'électrovanne 42 est ouverte, la chambre de pression qui débouche à l'air libre ne permet plus la compression de l'air qu'elle contient, ce qui permet avantageusement d'inhiber l'action de l'air contenu dans la chambre de pression sur le poussoir 26. Le ressort pneumatique 38 est alors inactif et le poussoir 26 n'est plus rappelé élastiquement au contact de la came 24 que par le seul ressort mécanique 30 qui ne produit quasiment pas de couple résistant à l'encontre du couple moteur du vilebrequin 12. L'électrovanne 42 peut être ainsi être pilotée par calculateur d'injection du véhicule de manière à activer inactiver le ressort pneumatique 38 de rappel du poussoir 26 pour des régimes déterminés de rotation du vilebrequin 12. Ainsi, le ressort pneumatique 38 peut notamment être inhibé pour des régimes de rotation pour lesquels l'action du ressort pneumatique 38 serait préjudiciable au rendement du moteur 10. Ainsi, le ressort pneumatique 38 peut être de préférence inhibé lors de la phase de démarrage du moteur 10, ou lorsque le moteur 10 tourne à un régime réduit de ralenti, Toutefois, si le ressort pneumatique 38 a un bon rendement, c'est à dire que le couple qu'il produit est réduit ou si le pic de couple du moteur 10 dépasse le couple nécessité par la compression du ressort pneumatique, ressort pneumatique 38 peut ne pas être inhibé. Le ressort pneumatique 38 peut aussi de préférence être inhibé pour des régimes élevés de rotation particuliers du moteur 10, par exemple lorsque le moteur 10 tourne à pleine charge et requiert la disponibilité de toute sa puissance. Toutefois, si le couple de frottement produit par le poussoir 26 est négligeable par rapport au couple fourni par le moteur 10, le ressort pneumatique 38 peut ne pas être inhibé. Le ressort pneumatique 38 peut encore être inhibé pour des régimes de rotation selon lesquels les poussoirs 26 entreraient en résonance si le ressort pneumatique 38 n'était pas inhibé, afin de prévenir leur détérioration. II sera compris que la disposition selon laquelle les électrovannes 42 sont commandées en ouverture par le calculateur d'injection du véhicule n'est pas limitative de l'invention. En effet, tout autre organe permettant une mesure du régime du moteur, par exemple un calculateur d'allumage, un circuit de compte-tours, ou encore un circuit spécifique destiné à cette seule tâche peuvent déclencher l'ouverture de l'électrovanne 42. Selon un premier mode de réalisation qui est représenté en référence aux figures 1 et 2, les poussoirs 26 comportent chacun une première extrémité 25 plane qui est destinée à glisser sur le profil de la came 24. Ce premier mode de réalisation permet de réaliser les poussoirs 26 à moindre cout. Selon un deuxième mode de réalisation qui représenté à la figure 3, les extrémités 25 des poussoirs portent chacune un galet 46 qui est monté à rotation sur poussoir 26 associé suivant un axe parallèle à l'axe vilebrequin 12. Ce deuxième mode de réalisation permet réduire le frottement entre le poussoir 26 et la came 24. dispositif 22 présente donc une longévité accrue et un plus grand silence de fonctionnement. Dans les premier et deuxième modes de réalisation cités, qui sont plus particulièrement adaptés à un moteur comportant quatre cylindres, la came 24 comporte deux lobes 48 diamétralement opposés. D'une façon plus générale, pour un moteur comportant un nombre pair de cylindres, la came 24 comporte des lobes 48 qui sont répartis angulairement de façon régulière et qui sont en nombre deux fois inférieur à celui nombre de cylindres recevant les pistons 20 du vilebrequin pour s'opposer aux pics de couple du vilebrequin 12 liés a combustion, sources prépondérantes d'acyclisme. Ainsi, par exemple dans le cas d'un moteur à quatre cylindres, le dispositif 22 permet de s'opposer aux harmoniques d'ordre deux, qui sont de manière connue, les harmoniques prépondérants provoquant les pics de couples les plus importants. Ainsi, un moteur à six cylindres comporterait une came à trois lobes répartis angulairement à 120 degrés les uns des autres. Le nombre de lobes nécessaire pour réduire les pics de couple correspondant à des harmoniques d'ordre trois serait ainsi toujours deux fois inférieur au nombre de cylindres du moteur 10. De même un moteur comportant un nombre pair determiné de cylindres comporterait une came comportant un nombre de lobes deux fois inférieur au nombre de cylindres, répartis angulairement régulièrement les uns par rapport aux autres. Le nombre de lobes de la came permet de réduire pics de couple produits par les harmoniques prépondérants, c' à dire les harmoniques d'ordre égal à la moitié du nombre cylindres. Dans des troisième et quatrième modes de réalisation sont représentés respectivement aux figures 4 et 5 et concernent toujours un moteur à quatre cylindres, la came comporte quatre lobes 48 répartis angulairement à 90 degres uns des autres. La came 24 de la figure 4 permet opposer aux pics de couple du vilebrequin 12 produits l'harmonique prépondérante d'ordre deux. La came 24 de figure 5 permet de s'opposer aux pics de couple du vilebrequin produits par des harmoniques d'ordre quatre, qui sont ceux provoquant les pics de couple les plus importants après ceux produits par les harmoniques d'ordre deux. A ce titre, une telle came 24 peut être utilisée en conjonction d'une des cames précédemment citées, au sein d'un dispositif à deux cames, pour que l'ensemble ainsi formé s'oppose aux pics de couples des deux harmoniques les plus importants. D'une façon plus générale, pour un moteur à plusieurs cylindres en nombre pair, les lobes 48 seraient, dans ces troisieme et quatrième modes de réalisation, répartis angulairement de façon régulière et seraient en nombre égal à celui nombre de cylindres du vilebrequin. figure 4 illustre le troisième mode de réalisation dans lequel came 24 est formée de deux demi-cames 50 et 52, qui sont décalées axialement et qui comportent chacune une part egale du nombre total de lobes 48 répartis angulairement de façon régulière. Chaque demi-came 50 ou reçoit en appui un des poussoirs 26 en opposition, sont par consequent aussi décalés axialement. Le poussoir 26 a été représenté conformément au premier mode de realisation de l'invention mais pourrait comporter un galet 46 du type de celui décrit dans le deuxième mode de réalisation l'invention. Cette came permet avantageusement de déphaser le couple antagoniste par des tarages différents de chacun de ses ressorts pneumatiques 38. La figure 5 illustre le quatrième mode réalisation dans lequel la came 24 comporte quatre lobes coplanaires, les poussoirs 26 étant aussi coplanaires. Ce quatrième mode de réalisation présente l'avantage de presenter un encombrement axial réduit, et peut être utilisé en conjonction avec une des cames 24 des premier ou deuxième modes de réalisation pour que l'ensemble ainsi formé s'oppose aux pics de couple du vilebrequin qui sont produits les deux harmoniques prépondérants, c'est à dire les harmoniques d'ordre deux et quatre. Enfin, dans le cas de variante (non representé) d'un dispositif 22 adapté à un moteur 10 comportant un nombre impair de cylindres, celui-ci comporterait autant de poussoirs répartis angulairement autour d'une came 24 à lobe unique vilebrequin 12, que de cylindres, et chaque électrovanne associée à chaque poussoir 26 serait susceptible d'être alternativement ouverte ou fermée lorsque la came 24 serait en appui sur ledit poussoir 26. Ainsi, l'invention permet de façon simple la filtration irrégularités de fonctionnement du moteur 10, ce qui permet bénéficier d'un moteur 10 d'une grande souplesse d'utilisation. REVENDICATIONS 1. Dispositif (22) pour la filtration des irrégularités du mouvement de rotation d'un moteur (10) thermique de véhicule automobile, du type dans lequel le moteur (10) comporte un vilebrequin (12) axial qui est monté à rotation dans un bloc (14) et qui porte au moins une came (24) sur laquelle est en appui une première extrémité (25) d'au moins un poussoir (26) qui rappelé élastiquement à l'encontre de la came (26) pour genérer un couple antagoniste susceptible de s'opposer à des pics du couple moteur du vilebrequin (12), caractérisé en ce que le poussoir (26) est rappelé élastiquement par un montage à deux ressorts en parallèle, de raideur variable, qui comporte un premier ressort (30) méca nique raideur constante réduite et un ressort pneumatique (38) raideur élevée fonctionnant seulement pour des régimes déterminés de rotation du moteur thermique 0). Dispositif (22) selon la revendication precédente, caracterisé en ce que le poussoir (26) est sensiblement cylindrique et est monté coulissant de manière étanche dans un boîtier (28) cylindrique complémentaire solidaire du bloc (14) moteur thermique, pour délimiter à l'intérieur de celui- ci une chambre (40) de pression d'air du ressort pneumatique (38). Dispositif (22) selon la revendication precédente, caracterisé en ce que le ressort mécanique (30) est agencé à l'intérieur de la chambre (40) de pression d'air, en appui entre une paroi (32) de fond du boîtier et une deuxième extrémité (34) poussoir (26) qui fait saillie dans la chambre (40). 4. Dispositif (22) selon la revendication precédente, caractérisé en ce que le ressort (30) mécanique taré de manière à rappeler le poussoir (26) au contact de la came (24) en n'opposant qu'un couple réduit au couple moteur vilebrequin (12). 5. Dispositif (22) selon l'une des revendications 2 à caractérisé en ce que la chambre (40) de pression susceptible d'être mise en communication avec l'air ambiant, notamment pour réduire le couple antagoniste, l'intermédiaire d'une électrovanne (42) dont l'ouverture susceptible d'être synchronisée avec la position angulaire vilebrequin (12), notamment par l'intermédiaire calculateur (42) d'injection du véhicule. 6. Dispositif (22) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'électrovanne (42) est ouverte manière synchronisée avec des positions déterminées rotation du vilebrequin (12) au moins lors d'une phase démarrage du moteur (10), lorsque le moteur (10) fonctionne à un régime réduit de ralenti, lorsque le moteur (10) fonctionne à pleine puissance, et pour au moins un régime de rotation moteur (10) selon lequel le poussoir (26) entre en résonance. 7. Dispositif (22) selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un poussoir (26) est agencé en bout du vilebrequin (12). 8. Dispositif (22) selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est adapte à un moteur (10) comportant un nombre pair de cylindres et en ce qu'il comporte deux poussoirs (26) montés en opposition de part et d'autre de la came (24) du vilebrequin (12). 9. Dispositif (22) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la came (24) comporte des lobes (48) qui sont répartis angulairement de façon régulière et qui sont en nombre deux fois inférieur à celui du nombre de cylindres du moteur (10), pour s'opposer aux pics de couple du vilebrequin (12) produits par une harmonique prépondérante liée à la combustion au sein moteur 0) Dispositif (22) selon l'une quelconque revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la came (24) comporte des lobes (48) qui sont répartis angulairement façon regulière et qui sont en nombre égal à celui du nombre de cylindres du moteur (10), pour s'opposer aux pics de couple du vilebrequin (12) produits par au moins une des deux harmoniques prépondérantes liée à la combustion au sein moteur 0), 1 . Dispositif (22) selon la revendication précédente, prise en combinaison avec la revendication 8, caractérisé en ce que came (24) est formée de deux demi-cames (50, 52), qui sont décalées axialement, qui comportent chacune part égale du nombre total de lobes (48) répartis angulairement de façon régulière, et qui reçoivent chacune appui un des poussoirs (24) en opposition. 12. Dispositif (22) selon l'une des revendications 6 ou caractérisé en ce qu'il est adapté à un moteur (10) comportant un nombre impair de cylindres, en ce qu'il comporte autant poussoirs (26) répartis angulairement autour de la came (24) du vilebrequin (12) que de cylindres, et en ce que chaque électrovanne (42) associée à chaque poussoir (26) susceptible d'être alternativement ouverte ou fermée lorsque came (24) est en appui sur ledit poussoir (26).