Brevet FR2811394A1 — publié le 20020111

La présente invention concerne le domaine technique de la simulation de la rotation d'un moteur à explosion notamment. L'invention concerne, plus particulièrement, un dispositif d'entraînement en rotation acyclique d'un système tournant, afin de tester sur ce système tournant les effets d'un fonctionnement en rotation acyclique. En effet, il est connu que les moteurs à explosion présentent, au ralenti plus particulièrement, un fonctionnement acyclique, c'est-à-dire que la vitesse de rotation instantanée du vilebrequin d'un tel moteur connaît des variations autour d'une valeur moyenne de la vitesse de rotation. Ce phénomène connu, généralement appelé acyclisme, est responsable d'une usure accentuée de certaines pièces mécaniques et de bruits, en raison des chocs engendrés par l'acyclisme. Compte tenu des effets de l'acyclisme sur les différentes pièces mécaniques d'une voiture, tels que certains organes de transmission ou de distribution par exemple, il est apparu le besoin de simuler cet acyclisme, afin de pouvoir tester, individuellement, des organes tournants susceptibles d'y être soumis. Afin d'atteindre cet objectif, l'invention concerne un dispositif d'entraînement en rotation acyclique d'au moins un système tournant, caractérisé en ce qu'il comprend: ò des moyens moteurs possédant une rotation dépourvue d'acyclisme, À des moyens d'entraînement, destinés à être solidarisés avec le système tournant, * des moyens de transmission qui raccordent les moyens moteurs aux moyens d'entraînement et qui comprennent des moyens pour engendrer une variation de la vitesse de rotation instantanée des moyens d'entraînement autour d'une vitesse de rotation moyenne, * et des moyens pour modifier l'amplitude de la variation de la vitesse instantanée. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comprend, en outre * des moyens de mesure de la vitesse de rotation instantanée des moyens d'entraînement, 2 2811394 et des moyens de contrôle raccordés aux moyens moteurs, aux moyens de mesure et aux moyens de modification de l'amplitude de variation pour commander les moyens moteurs et les moyens de modification, de manière à établir l'amplitude de variation à une valeur donnée autour d'une vitesse de rotation donnée. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'entraînement comprennent: * au moins trois arbres de transmission disposés en série, dont un premier est lié en rotation aux moyens moteurs et un dernier est lié en rotation aux moyens d'entraînement et qui sont liés entre eux par au moins deux joints de transmission, non homocinétiques, disposés de manière que les éventuelles fluctuations de vitesse de rotation, engendrées par le premier joint de transmission ne soient pas compensées par le deuxième joint de transmission, a et des moyens pour modifier la position angulaire relative des arbres de transmission. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les moyens de transmission comprennent: * au moins cinq arbres de transmission d'axe de rotation sensiblement coplanaire, dont les premier et dernier arbres sont sensiblement alignés et dont l'arbre central est maintenu par des moyens de guidage mobile en translation selon une direction perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre central, des moyens de commande du déplacement des moyens de guidage pour modifier la position relative des arbres de transmission et agir sur l'amplitude de la variation de vitesse instantanée, et des moyens de compensation de la variation de position relative des arbres de transmission. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. 3 2811394 La fig. 1 est une vue schématique d'une forme préférée de réalisation d'un dispositif d'entraînement en rotation acyclique selon l'invention. La fig. 2 est une vue schématique du montage de deux joints de cardans intégrés aux moyens de transmission du dispositif selon la fig. 1. La fig. 3 est un graphique illustrant les caractéristiques de l'acyclisme engendré au niveau des arbres de transmission, tels qu'illustrés à la fig. 2. Les fig. 4 et 5 sont des vues, analogues à la fig. 1, montrant différentes variantes de réalisation du dispositif d'entraînement en rotation acyclique conforme à l'invention. La fig. 6 est une perspective montrant, schématiquement, une autre forme de réalisation du dispositif d'entraînement selon l'invention. Un dispositif d'entraînement en rotation acyclique conforme à l'invention, tel qu'illustré à la fig. 1 et désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend des moyens moteurs 2 possédant une rotation dépourvue d'acyclisme. Les moyens moteurs 2 sont, par exemple mais non exclusivement, constitués par un moteur électrique 3, raccordé, par une ligne 4, à des moyens de contrôle 5 qui en pilotent le fonctionnement et, plus particulièrement, la vitesse de rotation. A l'opposé des moyens moteurs 2, le dispositif d'entraînement 1 comprend des moyens d'entraînement 6 destinés à être solidarisés avec un système 7 à tester. Les moyens d'entraînement 6 sont, par exemple, constitués par une bride tournante portée et guidée par un châssis 8 sur lequel peut être adapté le système tournant 7, tandis que la bride 6 est raccordée à la partie mobile en rotation de ce système 7. Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif d'entraînement en rotation acyclique comprend, en outre, des moyens de transmission 15 qui raccordent les moyens moteurs 2 aux moyens d'entraînement 6. En plus de leur fonction de transmission, de la rotation des moyens moteurs 2 aux moyens d'entraînement 6, les moyens 15 assurent une fonction de génération d'acyclisme. En effet, les moyens d'entraînement 15 sont conçus pour engendrer une variation de la vitesse de rotation instantanée des moyens d'entraînement 6 autour d'une vitesse de rotation correspondant à la vitesse de rotation des moyens d'entraînement 2. 4 2811394 Selon une forme préférée de réalisation mais non exclusive, afin de générer cet acyclisme, les moyens d'entrainement 15 comprennent au moins trois arbres de transmission et, selon l'exemple illustré, cinq arbres de transmission 16, 17, 18, 19 et disposés en série, dont un premier 16 est lié en rotation aux moyens moteurs 2 et, plus particulièrement, au moteur 3, tandis qu'un dernier arbre 20 est lié en rotation au moyen d'entraînement 6. Afin de pouvoir transmettre le mouvement de rotation du moteur d'entraînement 3 au moyen d'entraînement 6, les arbres 16 à 20 sont liés entre eux par quatre joints de transmission non homocinétiques 21, 22, 23, 24, qui sont disposés de manière que les éventuelles fluctuations de vitesse de rotation, engendrées par le premier joint 21, ne soient pas compensées par le deuxième joint 22, tandis que le troisième joint 23 est disposé de manière à ne pas compenser les fluctuations engendrées par le deuxième joint 22, de même que le quatrième joint 24 est disposé pour ne pas compenser les variations de fluctuation de vitesse engendrées par le troisième joint 23. De manière préférée, les quatre joints de transmission 21 à 24 sont disposés pour que leurs fluctuations de vitesses de rotation s'additionnent, de sorte que l'acyclisme, présenté par les moyens d'entraînement 6, résultent de la somme des acyclismes engendrés par les joints 21 à 24. Selon l'exemple illustré, les moyens d'entraînement comprennent quatre joints de transmission 21 à 24, soit un nombre de joints de transmission inférieur d'une unité au nombre d'arbres de transmission mis en oeuvre par les moyens d'entraînement 15. Bien entendu, si les moyens de transmission 15 ne comportaient que trois arbres de transmission, ceux-ci ne seraient reliés entre eux que par deux joints de transmission. De manière préférée, les joints de transmission 21 à 24 mis en oeuvre sont des joints de cardans qui lient, deux à deux, les arbres de transmission. Chaque joint de cardan correspond à une liaison de deux arbres de transmission par une double articulation cylindrique d'axes concourants et perpendiculaires. De manière connue en soi, les joints de cardans sont non homocinétiques. Afin d'éviter, comme cela était précisé précédemment, que les fluctuations de vitesse de rotation, engendrées par un joint de cardan, ne soient compensées par le joint de cardan suivant, le montage des joints est assuré, comme le montre la fig. 2, de 2811394 manière que, pour deux joints de cardans situés aux extrémités opposées d'un même arbre 17, l'axe Al de la liaison cylindrique, entre un premier joint 21 et l'extrémité 26 correspondante de l'arbre 17, n'est pas coplanaire avec l'axe A2 de la liaison cylindrique entre l'extrémité 27 opposée de l'arbre 17 et le deuxième joint correspondant 22. De manière préférée, les joints de cardans 21 et 22 sont montés pour que les axes AI et A2 des liaisons cylindriques soient orthogonaux. Ainsi, l'acyclisme engendré par le joint 21 s'ajoute à l'acyclisme créé par le joint 22. Il doit être noté que la valeur de l'amplitude a de variation de la vitesse angulaire instantanée f ou valeur d'acyclisme, engendrée par un joint de cardan, est fonction de l'angle relatif 1 des axes de rotation des arbres reliés par ce joint. De plus, l'acyclisme, engendré par un joint de cardan, est d'ordre deux, c'est-à-dire que la vitesse angulaire des arbres reliés par les joints de cardan vérifie la relation: co17 = (C16 [1 + a sin (2oe16t)] of: * ce16 est la vitesse angulaire de l'arbre 16, * 0)17 est la vitesse angulaire de l'arbre 17, * a est l'amplitude de variation de l'acyclisme, * t est le temps. A titre explicatif, la fig. 3 illustre la valeur de l'acyclisme ai8 de l'arbre 18 dans le cadre de la configuration illustrée à la fig. 2 dans laquelle l'axe de rotation Al6 de l'arbre 16 est parallèle à l'axe de rotation A18 de l'arbre 18, tandis que l'axe de rotation A17 définit, avec les axes A16 et Ai8, un angle 3. Sur la fig. 3, a16 correspond à l'acyclisme de l'arbre 16, tandis que a17 correspond à celui de l'arbre 17. Le montage des cardans, décrit pour l'arbre 17, est, bien entendu, identique pour les arbres 18 et 19 et leurs joints de cardan associés 22, 23 et 23, 24. Le dispositif d'entraînement en rotation acyclique 1 comprend, également des moyens 30 pour modifier l'amplitude de la variation de la vitesse instantanée. Selon l'exemple illustré, ces moyens de modification de l'amplitude 30 permettent de modifier la position angulaire relative des arbres de transmission 16 à 20. Selon la forme préférée de réalisation du dispositif d'entraînement illustrée, les moyens de modification d'amplitude de variation 30 comprennent des moyens de 6 2811394 guidage 32 de l'arbre de transmission central 18. Les moyens 32 sont liés à l'arbre 18 par une liaison pivot glissant d'axe confondu avec l'axe Ai8 de l'arbre 18. Les moyens 32 assurent alors un guidage en rotation, ainsi qu'en translation, de l'arbre 18. Les moyens de guidage 32 sont, de plus, mobiles en translation selon une direction D perpendiculaire ou transversale à l'axe de rotation A18 de l'arbre 18. Les moyens de variation 30 comprennent, en outre, des moyens de commande 33 du déplacement des moyens de guidage 32, le long de la direction D. Les moyens de commande 33 sont, par exemple, constitués par un vérin hydraulique ou électrique raccordé, par une ligne 34 aux moyens de contrôle 5. Les moyens de commande 33 permettent alors de déplacer l'arbre 18 et ainsi de faire varier la position angulaire de cet arbre 18 avec les arbres 17 et 19 et, par conséquent, de modifier les différents angles relatifs entre les arbres 16 et 17, 17 et 18, 18 et 19 et 19 et 20 et d'agir sur l'amplitude de l'acyclisme des moyens d'entraînement 6. Selon une forme de réalisation préférée, le dispositif d'entraînement est conçu de manière que les axes A16 et A20 des arbres de transmission 16 et 20 sont sensiblement alignés et que l'axe Ai8 de l'arbre 18 reste toujours parallèle aux axes A16 et A20 des arbres 16 et 20 au cours de son déplacement. Ainsi, les axes de rotation des arbres 16 à 20 sont sensiblement coplanaires. De plus, les moyens 30 sont conçus de manière que l'arbre central 18 est mobile entre une position N, illustrée en traits mixtes, dans laquelle les axes de rotation des arbres 16, 17, 18, 19 et 20 sont alignés, et une position extrême E dans laquelle les arbres 16, 17, 18, 19 et 20 ne sont plus alignés. Ainsi, il est possible de varier, par le déplacement des moyens de guidage 32, de manière continue, la valeur de l'acyclisme des moyens d'entraînement 6 entre une valeur nulle correspondant avec la position N et une valeur maximale correspondant à la position E. Il doit être remarqué que la position extrême E est choisie de manière à amener la valeur de l'angle 3, entre les axes de rotation de deux arbres de transmission successifs, à une valeur compatible avec un fonctionnement normal et fiable des cardans 21 à 24. A cet égard, il doit être remarqué que lorsque la valeur de l'angle 13 est trop élevée, l'acyclisme, engendré par le cardan, n'est plus un acyclisme d'ordre 2 pur mais génère des harmoniques d'ordres supérieurs. 7 2811394 Selon l'exemple illustré, le nombre élevé de cardans mis en oeuvre permet, par le cumul de l'acyclisme engendré par chaque cardan, d'atteindre des valeurs élevées d'acyclisme pour une valeur de l'ange [ faible, de sorte qu'il est possible d'atteindre, avec le dispositif selon l'invention, des vitesses de rotation élevées. Afin de pouvoir assurer une position fixe aux moyens d'entraînement 6, le dispositif conforme à l'invention comprend, en outre, des moyens de compensation de la variation de la position relative des arbres de transmission 16 à 20. Selon l'exemple illustré, les arbres de transmission 17, 18, 19 et 20 présentent tous une longueur constante, de sorte que, lors du déplacement des moyens de guidage 32, la position du joint de transmission 21 varie le long de l'axe de rotation Al6 de l'arbre 16. Afin de pouvoir compenser ce déplacement, l'arbre 16 est, selon l'exemple illustré, télescopique et comprend une coulisse 35 permettant d'absorber les variations de déplacement du joint 21. De manière préférée, cette coulisse 35 présente un jeu réduit, autant que faire se peut, afin d'éviter des phénomènes de chocs résultant de l'acyclisme engendré par les moyens de transmission 15. Il doit être noté que, pour les mêmes raisons, les joints de cardans 21 à 24 présentent, également, des jeux de fonctionnement réduits au maximum. De manière préférée mais non strictement nécessaire, le dispositif d'entraînement 1 comprend également des moyens 40 de mesure de la rotation des moyens d'entraînement 6. Ces moyens de mesure 40 comprennent, de préférence mais non exclusivement, un capteur de rotation optique ou magnétique. En cas d'utilisation d'un capteur optique à roue phonique par exemple, il est choisi, de préférence, un capteur apte à fournir plus de 1 000 tops par rotation des moyens d'entraînement 6. Ce capteur est alors associé à des moyens de calcul qui permettent de déterminer la vitesse de rotation instantanée et l'acyclisme des moyens d'entraînement 6. Les moyens de mesure 40 sont reliés par une ligne 41 aux moyens de contrôle 5, de sorte que ces derniers peuvent modifier la position des moyens de guidage 2, afin d'agir sur la valeur de l'acyclisme en fonction d'une valeur prédéterminée ou choisie par un utilisateur du dispositif conforme à l'invention. De plus, les moyens de contrôle 5 permettent de piloter la vitesse de rotation des moyens moteurs 2, de sorte qu'un utilisateur peut, par l'intermédiaire des moyens 8 2811394 de contrôle 5, agir, à la fois sur la vitesse de rotation à l'aide des moyens d'entraînement 6 et sur la valeur de l'acyclisme qui est susceptible de varier entre une valeur nulle et une valeur maximum. De manière générale, afin que l'acyclisme engendré par les moyens de transmission 15 soit absorbé par le système 7 à tester et non par les moyens moteurs 2, il est souhaitable que ces dits moyens moteurs 2 présentent une inertie de rotation supérieure à celle du système tournant 7. De manière préférée mais non strictement nécessaire, afin d'atteindre cet objectif, les moyens moteurs 2 sont associés à un volant d'inertie 45. Dans certaines phases d'utilisation, l'acyclisme engendré par les moyens de transmission peuvent faire apparaître, compte tenu des variations du couple de transmission, des phénomènes de résonance liée à la raideur en torsion des arbres du dispositif selon l'invention. Afin d'absorber ou d'atténuer ces phénomènes de résonance, il peut être souhaitable de mettre en oeuvre des moyens d'accouplement élastique 46 interposés entre les moyens moteurs 2 et les moyens d'entraînement 6. De tels moyens d'accouplement élastique peuvent, par exemple, comprendre un manchon élastique 46 interposé entre, de préférence, les moyens moteurs 2 et le volant d'inertie 45. Selon l'exemple illustré et décrit précédemment, les moyens de compensation 35 sont constitués par une coulisse, mais ces moyens de compensation 35 pourraient être réalisés sous une autre forme appropriée. Ainsi, selon une autre forme de réalisation, plus particulièrement illustrée à la fig. 4, les moyens 35 de compensation de la variation de position relative des arbres de transmission 16 à 20 comprennent une poulie primaire 50, solidaire des moyens moteurs 2, et une poulie secondaire 51, solidaire du premier arbre de transmission 16. Le mouvement de la poulie primaire 50 est transmis à la poulie secondaire 51 par une courroie d'entraînement 52 adaptée sur lesdites poulies. Afin de permettre un déplacement en translation de l'arbre 16, l'une des deux poulies 50, 51, et selon l'exemple illustré la poulie secondaire 51, présente une gorge de largeur supérieure, voire très supérieure, à la largeur de la courroie 52. 9 2811394 Selon une autre forme de réalisation, illustrée à la fig. 5, les moyens de compensation 35 comprennent un chariot 55 qui porte les moyens moteurs 2 et qui est mobile en translation selon une direction parallèle à l'axe de rotation A16 du premier arbre de transmission 16. Selon encore une autre forme de réalisation présentée à la fig. 6, les moyens de compensation comprennent deux coulisses 60 et 61, respectivement adaptées sur les arbres de transmission 17 et 19. La longueur des arbres 17 et 19 peut alors varier en fonction de la position de l'arbre 18 et ainsi en compenser les déplacements, de sorte que les joints de transmission possèdent une position fixe. Par ailleurs, selon l'exemple illustré à la fig. 6, les axes 16 à 20 et les moyens de guidage 32, constitutifs des moyens de transmission 15, sont supportés par un cadre porté par deux arceaux 66 montés sur des rouleaux 67 et entraînés par des moyens de positionnement 68 raccordés par une ligne 69 aux moyens de contrôle 5 pour former des moyens de modification de la phase de l'acyclisme engendrée par les moyens de transmission 15. En effet, la rotation des arceaux 66, commandée par les moyens 68 dans l'un ou l'autre des sens de la double flèche Fi, permet de faire pivoter le plan P contenant les axes de rotation A16, A17, Ai8, A19, A20 autour de l'axe commun A16, A20 de rotation des arbres. Ainsi, le plan P peut passer d'une position sensiblement horizontale, telle qu'illustrée, à une position, par exemple verticale, non représentée. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 2811394 REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'entraînement en rotation acyclique d'au moins un système tournant (7), caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens moteurs (2) possédant une rotation dépourvue d'acyclisme, * des moyens d'entraînement (6), destinés à être solidarisés avec le système tournant (7), * des moyens de transmission (15) qui raccordent les moyens moteurs (2) aux moyens d'entraînement (6) et qui comprennent des moyens pour engendrer une variation de la vitesse de rotation instantanée des moyens d'entraînement autour d'une vitesse de rotation moyenne, * et des moyens (30) pour modifier l'amplitude de la variation de la vitesse instantanée. 2 - Dispositif d'entraînement en rotation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre: * des moyens (40) de mesure de la vitesse de rotation instantanée des moyens d'entraînement (6), * et des moyens de contrôle (5) raccordés aux moyens moteurs (2), aux moyens de mesure (40) et aux moyens de modification de l'amplitude de variation pour commander les moyens moteurs et les moyens de modification (30), de manière à établir l'amplitude de variation à une valeur donnée autour d'une vitesse de rotation donnée. 3 - Dispositif d'entraînement en rotation acyclique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (15) comprennent au moins trois arbres de transmission (16, 17, 18) disposés en série, dont un premier est lié en rotation aux moyens moteurs (2) et un dernier est lié en rotation aux moyens d'entraînement (6) et qui sont liés entre eux par au moins deux joints de transmission (21, 22), non homocinétiques, disposés de manière que les éventuelles fluctuations de vitesse de rotation, engendrées par le premier joint de transmission (21) ne soient pas Il 2811394 compensées par le deuxième joint de transmission (22) et des moyens (30) pour modifier la position angulaire relative des arbres de transmission. 4 - Dispositif d'entraînement en rotation acyclique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de transmission comprennent: * au moins cinq arbres de transmission (16 à 20) d'axe de rotation (A16 à A20) sensiblement coplanaire, dont les premier (16) et dernier (20) arbres sont sensiblement alignés et dont l'arbre central (18) est maintenu par des moyens de guidage (32) mobile en translation selon une direction perpendiculaire (D) à l'axe de rotation (A18) de l'arbre central (18), e des moyens de commande (33) du déplacement des moyens de guidage (32) pour modifier la position relative des arbres de transmission et agir sur l'amplitude de la variation de vitesse instantanée des moyens d'entrainement, * et des moyens (35) de compensation de la variation de position relative des arbres de transmission. - Dispositif d'entraînement en rotation selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les joints de transmission (21 à 24) sont constitués par des joints de cardan. 6 - Dispositif d'entraînement en rotation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux joints de cardan (21, 22), situés aux extrémités opposées d'un même arbre (17), sont montés de manière que l'axe (A1) de la liaison cylindrique entre un premier joint (21) et une extrémité (27) correspondante de l'arbre (17), n'est pas coplanaire avec l'axe (A2) de la liaison cylindrique entre l'extrémité opposée (27) de l'arbre (17) et le deuxième joint correspondant (22). 7 - Dispositif d'entraînement en rotation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens (35) de compensation de la variation de la position relative des arbres de transmission (16 à 20) comprennent un chariot qui porte les moyens moteurs (2) et qui est mobile en translation selon une direction parallèle à l'axe de rotation (Ai6) du premier arbre de transmission (16). 12 2811394 8 - Dispositif d'entraînement en rotation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de compensation de la variation de la position relative des arbres de transmission comprennent: * une poulie primaire (50) solidaire des moyens moteurs (2) et une poulie secondaire (51) solidaire du premier arbre de transmission (16), * une courroie d'entraînement (52) adaptée sur les deux poulies (50, 51), l'une des poulies présentant une gorge de réception de la courroie de largeur supérieure à celle de la courroie. 9 - Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens moteurs (2) présentent une inertie de rotation supérieure à celle du système tournant (7). - Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications I à 9, caractérisé en ce que les moyens moteurs (2) sont associés à un volant d'inertie (45). 11 - Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications I à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'accouplement élastique 46 interposés entre les moyens moteurs 2 et les moyens d'entraînement. 12 - Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (65, 66, 67, 68) pour faire varier la phase de l'acyclisme. 13 - Dispositif d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les moyens (40) de mesure de la vitesse instantanée de la rotation des moyens d'entraînement (6) comprennent un capteur de rotation optique.