Brevet FR2822897A1 — publié le 20021004

Système d'équilibrage d'un moteur à combustion interne. La présente invention concerne un système d'équilibrage d'un moteur à combustion interne du type alternatif, c'est à dire comportant des parties mobiles animées de mouvements alternatifs, tel que les pistons des moteurs à explosion classiquement utilisés dans les véhicules automobiles. Ces moteurs comportent par ailleurs des parties mobiles en rotation, telles que le vilebrequin, ou selon des mouvements géométriquement plus complexes, telles que les bielles. Les mouvements de ces pièces provoquent, du fait d'une répartition forcément non équilibrée des masses des différentes pièces et dans les pièces elles-mêmes, des efforts, forces ou couples, qui se traduisent par des vibrations du moteur, et des bruits ou résonances consécutives, notamment préjudiciables au confort des passagers du véhicule. Pour résoudre ces problèmes, il est connu d'ajouter au moteur un système d'équilibrage destiné à minimiser les vibrations du moteur. Un tel système d'équilibrage est classiquement composé d'arbres entraînés de façon synchrone avec le vilebrequin, et dont les masses sont déterminées et réparties de façon à provoquer, par les balourds volontairement créés, des efforts opposés à ceux produits par les mouvements des différentes pièces indiquées cidessus, notamment par le vilebrequin. Une disposition classiquement utilisée dans des moteurs à quatre cylindres consiste à utiliser deux tels arbres d'équilibrage tournant selon des axes de rotations parallèles à celui du vilebrequin, en sens inverse et à vitesse double de celle du dit vilebrequin. L'un des arbres est entraîné par le vilebrequin, par exemple par un système d'engrenages ou par une chaîne, et entraîne à son tour le deuxième arbre par un engrenage simple, de sorte que les deux arbres soient contrarotatifs. Pour des raisons d'encombrement, et compte tenu de la disposition classique des moteurs où les cylindres et pistons sont situés vers le haut et le vilebrequin en conséquence vers le bas, ces arbres d'équilibrage sont disposés à un niveau sous le vilebrequin, soit sensiblement dans le carter d'huile inférieur du moteur. Cette disposition est satisfaisante sur le plan de l'équilibrage du moteur, mais présente notamment deux inconvénients majeurs. En premier lieu, le volume global occupé par les arbres fait que la quantité d'huile que peut contenir le carter est corrélativement réduite. De plus, les masses d'équilibrage sont constituées par des excroissances circonférentiellement localisées pour générer les balourds souhaités, et le mouvement de rotation de ces arbres génère en conséquence un fort brassage de l'huile dans laquelle ils sont partiellement immergés, ce qui contribue à former une émulsion nuisible à une bonne lubrification du moteur. La présente invention a pour but de remédier à ces problèmes et vise particulièrement à fournir un système d'équilibrage moins encombrant, et donnant plus de souplesse dans le choix de sa localisation dans le moteur, pour permettre d'améliorer encore l'efficacité de l'équilibrage. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un système d'équilibrage d'un moteur à combustion interne comportant au moins deux arbres d'équilibrage d'axes parallèles à l'axe de rotation du vilebrequin et entraînés en rotation, caractérisé en ce que les dits arbres d'équilibrages sont coaxiaux. Le principal avantage de l'invention réside dans la compacité du système d'équilibrage ainsi obtenu, qui est considérablement améliorée par rapport aux dispositifs classiques à arbres parallèles côte à côte. Par rapport à ces dispositifs classiques, les caractéristiques relatives à l'efficacité de l'équilibrage et aux frottements ne sont pas dégradées. Le gain en encombrement peut permettre de résoudre ou au moins diminuer certains problèmes posés par les dispositifs antérieurs. Par exemple, il devient possible de situer les arbres d'équilibrage ailleurs que sous le vilebrequin, pour s'affranchir des problèmes, évoqués précédemment, relatifs à la capacité en huile du carter ou à l'émulsion de l'huile par brassage. Enfin, la possibilité de choisir la localisation des arbres d'équilibrage par rapport au reste du moteur peut permettre d'améliorer l'équilibrage proprement dit. Préférentiellement, le système comporte un arbre extérieur et un arbre intérieur, l'arbre extérieur étant un arbre creux traversé axialement de part en part par l'arbre intérieur. L'arbre intérieur dépasse alors à chaque extrémité de l'arbre extérieur, ce qui permet de guider les deux arbres indépendamment l'un de l'autre dans des paliers solidaires du bâti du moteur, et sans qu'il y ait de contact entre les deux arbres. Les dimensions des deux arbres sont déterminées en conséquence, pour qu'il n'y ait pas de frottement entre eux. Selon une disposition particulière, à au moins une extrémité, les deux arbres sont guidés dans le même palier, ce qui simplifie encore les usinages à réaliser dans le bloc moteur. Dans la mesure où les extrémités de l'arbre intérieur dépassent axialement de l'arbre extérieur, les masses d'équilibrage sont situées respectivement dans une partie centrale de l'arbre extérieur et dans au moins une partie d'extrémité de l'arbre intérieur, et préférentiellement à chacune de ces extrémités. Ces masses sont par ailleurs déterminées, réalisées, et localisées circonférentiellement de manière classique, pour assurer une répartition des masses par rapport à leur axe de rotation telle que leur mouvement génère sur les paliers des forces s'opposant à celles générées par les parties mobiles du moteur telles que le vilebrequin. Selon un premier mode de réalisation particulier de l'entraînement des arbres d'équilibrage, un des deux arbres d'équilibrage comporte une première roue dentée engrenant directement avec une couronne d'entraînement entraînée en rotation par le vilebrequin, et l'autre arbre d'équilibrage comporte une deuxième roue dentée engrenant avec la même couronne par l'intermédiaire d'un pignon de renvoi ayant un axe fixe par rapport au bâti du moteur. Dans la mesure où les deux roues dentées ont le même diamètre, la vitesse de rotation des deux arbres d'équilibrage sera la même, mais le pignon de renvoi assure une inversion du sens de rotation de la deuxième roue dentée par rapport à la première, ce qui correspond à la disposition connue de l'équilibrage d'un moteur à quatre cylindres. Selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'entraînement des arbres d'équilibrage, un premier des deux arbres est entraîné par le vilebrequin et le deuxième arbre est entraîné par le premier arbre par l'intermédiaire d'un ou plusieurs pignons d'axes fixes par rapport au bâti du moteur et agencés de manière que le sens de rotation des deux arbres soit inversé. On peut pour cela utiliser des jeux d'engrenages à axes parallèles, mais selon une disposition préférentielle, chacun des arbres comporte une roue dentée conique et au moins un pignon conique d'axe concourant avec celui des arbres est disposé de manière à engrener avec les deux roues. Cette dernière disposition présente l'avantage de pouvoir assurer aisément un rattrapage automatique du jeu d'engrènement, de manière connue en soi pour des systèmes de couples d'engrenages coniques. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un exemple de réalisation d'un système d'équilibrage conforme à l'invention, notamment pour un moteur à quatre cylindres. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : 1 - la figure 1 est une vue schématique en coupe passant par l'axe longitudinal des arbres d'équilibrage, montrant la disposition générale des différents composants du système, - la figure 2 est une vue similaire, mais dans laquelle seuls les paliers sont représentés en coupe, illustrant notamment la disposition des engrenages d'entraînement des arbres, dans le cas d'un premier mode de réalisation de cet entraînement, - la figure 3 est une vue partielle en section selon la ligne III-III de la figure 2, - la figure 4 est une vue en section selon la ligne IV-IV de la figure 2 - la figure 5 est une vue en perspective du jeu d'engrenages d'entraînement des arbres d'équilibrage, la figure 6 est une vue schématique illustrant une variante de réalisation de l'entraînement des arbres d'équilibrage. Le système d'équilibrage comprend essentiellement deux arbres d'équilibrage coaxiaux : un premier arbre, ou arbre extérieur 1, et un deuxième arbre ou arbre intérieur 2. L'arbre extérieur 1 est monté tournant, selon l'axe A, dans deux paliers 5 et 6 solidaires du bâti 3 du moteur et situés vers les extrémités axiales du dit arbre. Il comporte une masse d'équilibrage 8, généralement formée d'une pièce avec l'arbre 1, et située dans sa partie axialement médiane, entre les deux paliers. Il comporte encore, vers une extrémité axiale, une roue dentée 12, par exemple située audelà du palier 6. Il comporte par ailleurs sur toute sa longueur un alésage axial 11 dans lequel passe l'arbre intérieur 2, sans contact entre les deux arbres 1 et 2. L'arbre intérieur 2 est guidé en rotation dans deux paliers 4 et 7 également solidaires du bâti 3 du moteur et situés vers ses extrémités axiales. En particulier, mais non nécessairement, les deux paliers 4 et 5, respectivement de l'arbre intérieur et de l'arbre extérieur, pourront être constituées par une portée commune d'un même alésage du bâti du moteur, comme dans l'exemple représenté. L'arbre intérieur 2 comporte également une roue dentée 21, de même diamètre que la roue dentée 12 de l'arbre extérieur, située à coté de cette dernière. Il comporte aussi, vers chacune de ses extrémités, au-delà axialement des paliers 4 et 7, des masses d'équilibrages 9 et 9'. La masse d'équilibrage 9'est préférentiellement formée d'une pièce avec l'arbre 2, alors que la masse d'équilibrage située à l'autre extrémité est rapportée sur l'arbre 1, rigidement maintenue en rotation et axialement de manière connue en soi, pour permettre le montage de l'arbre 2 à l'intérieur de l'arbre extérieur. Les formes, volumes, masses et dispositions relatives de ces masses d'équilibrage 8,9 et 9'sont déterminées également de manière connue en soi, comme pour les systèmes d'équilibrage selon l'art antérieur. L'entraînement en rotation des arbres d'équilibrage est réalisé à partir d'une couronne dentée 10 solidaire du vilebrequin, ou entraînée par celui-ci. La couronne dentée 10 engrène avec la roue dentée 21 de l'arbre intérieur 2, et entraîne celuici en rotation en sens inverse de celui de la couronne, et par exemple à une vitesse double de celle du vilebrequin. La couronne dentée 10 engrène également avec un pignon de renvoi intermédiaire 13, monté tournant selon un axe B fixe par rapport au bâti 3 du moteur, ce pignon de renvoi 13 engrenant lui-même avec la roue dentée 12 de l'arbre extérieur, comme on le voit bien figures 2,4 et 5. De ce fait, les deux roues dentées ayant le même diamètre, elles tournent à même vitesse mais en sens inverse. Pour qu'il n'y ait pas d'interférence entre la couronne 10, les roues 12 et 21 et le pignon 13, l'épaisseur de ces différents éléments est déterminée de manière que le pignon de renvoi 13 puisse être monté décalé, selon la direction axiale des arbres, par rapport à la roue dentée 21, tout en engrenant avec la couronne 10 et l'autre roue dentée 12, comme on le voit bien aux figures 2 et 5. Dans la variante de réalisation illustrée figure 6, la couronne 10 engrène seulement avec une roue dentée 22 montée sur l'arbre intérieur 2. Les deux roues dentées 12'et 21', respectivement solidaires de l'arbre extérieur 1 et de l'arbre intérieur 2, sont des roues à denture conique, qui engrènent toutes deux avec un pignon conique 13'. Le pignon 13'tourne selon un axe C concourant et perpendiculaire à l'axe A des arbres d'équilibrage, et fixe sur le bâti 3 du moteur. Ainsi, la roue dentée 21'entraîne en rotation la roue dentée 12'en sens inverse, les deux arbres 1 et 2 tournant donc également en sens inverses. Les jeux d'engrènement peuvent facilement être rattrapés automatiquement, par une simple poussée exercée sur le pignon 13'vers l'axe A des arbres, de manière connue en soi. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits précédemment. En particulier, les moyens d'entraînement des arbres pourront être réalisés de manière différente. Par exemple, l'entraînement entre les deux roues dentées des deux arbres pourrait être aussi assuré par un ensemble de pignons à axes parallèles au lieu du système à roues coniques ci-dessus. Les roues dentées des arbres d'équilibrage peuvent être formées d'une pièce avec les arbres, taillées dans la masse, ou être rapportées sur les dits arbres. La disposition axiale des différents paliers pourra aussi être modifiée, de même que la localisation et le nombre des masses d'équilibrages, qui pourront être toutes rapportées sur les arbres. REVENDICATIONS 1. Système d'équilibrage d'un moteur à combustion interne comportant au moins deux arbres d'équilibrage (1, 2) d'axes parallèles à l'axe de rotation du vilebrequin et entraînés en rotation, caractérisé en ce que les dits arbres d'équilibrages sont coaxiaux. 2. Système d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre extérieur (1) et un arbre intérieur (2), l'arbre extérieur étant un arbre creux traversé axialement de part en part par l'arbre intérieur. 3. Système d'équilibrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux arbres (1, 2) sont guidés indépendamment l'un de l'autre dans des paliers (4, 5, 6,7) solidaires du bâti (3) du moteur, et sans qu'il y ait de contact entre les deux arbres. 4. Système d'équilibrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que, à au moins une extrémité, les deux arbres sont guidés dans le même palier ( (4, 5). 5. Système d'équilibrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les masses d'équilibrage (8 ; 9, 9') sont situées respectivement dans une partie centrale de l'arbre extérieur (1) et dans au moins une partie d'extrémité de l'arbre intérieur (2). 6. Système d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que un des deux arbres d'équilibrage (2) comporte une première roue dentée (21) engrenant directement avec une couronne d'entraînement (10) entraînée en rotation par le vilebrequin, et l'autre arbre d'équilibrage (1) comporte une deuxième roue dentée (12) engrenant avec la même couronne par l'intermédiaire d'un pignon de renvoi (13) ayant un axe (B) fixe par rapport au bâti (3) du moteur. 7. Système d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que un premier des deux arbres (2) est entraîné par le vilebrequin et le deuxième arbre (1) est entraîné par le premier arbre par l'intermédiaire d'au moins un pignon (13') d'axe (C) fixe par rapport au bâti (3) du moteur et agencés de manière que le sens de rotation des deux arbres soit inversé. 8. Système d'équilibrage selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacun des arbres comporte une roue dentée conique (12', 21') et un pignon conique (13') d'axe (C) concourant avec celui (A) des arbres est disposé de manière à engrener avec les deux roues.