Brevet FR2905409A1 — publié le 20080307

"Dispositif d'entraînement d'un compresseur centrifuge de suralimentation d'un moteur à combustion interne notamment d'un véhicule automobile". La présente invention concerne un dispositif d'entraînement d'un compresseur centrifuge de suralimentation d'un moteur à combustion interne notamment d'un véhicule automobile. Dans le domaine de l'automobile, il existe plusieurs procédés de suralimentation des moteurs à combustion interne ayant tous les uns par rapport aux autres des avantages et des inconvénients et ceux-ci, au fil du temps et des études, ont été réalisés avec plus ou moins d'efficacité. L'invention s'adresse plus particulièrement à la suralimentation du moteur à combustion interne par compresseur mécanique. Actuellement, trois types de compresseurs mécaniques sont connus: le compresseur Roots datant de 1860, le compresseur à vis utilisé seulement dans certains véhicules commercialisés; et le compresseur centrifuge utilisé notamment dans des moteurs d'avion et de dragsters. Le compresseur de Roots est celui qui présente le moins bon rendement, d'environ 65 pour cent au maximum, alors que les deux autres types de compresseur ont leur rendement s'étalant d'environ 65 à 80 pour cent. Le compresseur centrifuge a sa roue d'une forme très proche de celle des turbocompresseurs actuels de moteurs à combustion interne du fait que ces turbo compresseurs ne sont que des compresseurs centrifuges entraînés par les gaz d'échappement du moteur. Cependant, leurs vitesses de rotation sont complètement différentes puisqu'elles vont jusqu'à 70 000 tours par minute pour le compresseur centrifuge et de 90 000 à 320 000 tours par minute pour le turbocompresseur. 2905409 2 Néanmoins, un moteur à combustion interne équipé d'un compresseur mécanique centrifuge n'est pas idéal en terme d'agrément et de couple à bas régime de fonctionnement du moteur. En effet, le dimensionnement du 5 compresseur centrifuge doit tenir compte du débit d'air maximal demandé par le moteur. Du coup, le compresseur atteindra sa vitesse maximale et sa pression de suralimentation en fonction de son rapport d'entraînement uniquement lorsque le moteur fonctionnera au voisinage 10 d'un régime bien déterminé, en général son régime de puissance. C'est la raison pour laquelle le compresseur centrifuge a été très utilisé sur les moteurs thermiques d'avion de la seconde guerre mondiale et sur les moteurs industriels à régime stationnaire, du fait que leur 15 variation de régime de fonctionnement était très réduite. Par contre, lorsque le moteur tourne à bas régime, la vitesse de rotation du compresseur n'est pas suffisamment élevée pour créer une pression de suralimentation suffisante au moteur. Un moteur équipé 20 d'un tel compresseur n'est donc appréciable qu'à fonctionnement à haut régime. De plus, à pleine charge du moteur, la variation de pression de suralimentation en fonction du régime varie de façon plutôt parabolique voir exponentielle, rendant du coup la conduite d'un véhicule 25 équipé de ce genre de compresseur, pour peu qu'il possède une puissance suffisante, assez brutale. Pour palier cet inconvénient, la solution consisterait à rapprocher le fonctionnement du compresseur centrifuge de celui d'un turbo compresseur, 30 c'est-à-dire obtenir une pression de suralimentation donnée dès le fonctionnement à bas régime du moteur et la garder constante jusqu'au régime maximum de ce moteur. A cet effet, on a cherché à intercaler une boîte de vitesse entre une poulie menée, dans le cas d'un 35 entraînement par courroie, et l'axe d'entraînement de la roue de compresseur centrifuge. Cependant, cette solution a pour inconvénients d'augmenter considérablement 2905409 3 l'encombrement du compartiment moteur du véhicule et de ne pas pouvoir faire varier en continu la vitesse de rotation du compresseur. La présente invention a pour but d'éliminer les 5 inconvénients ci-dessus en proposant une solution fiable permettant de faire varier la vitesse du compresseur centrifuge sur toute la plage d'utilisation du moteur de manière que pour chaque couple de valeurs débit massique/pression, il existe une vitesse de rotation 10 correspondante du compresseur. A cet effet, selon l'invention, le dispositif d'entraînement d'un compresseur centrifuge de suralimentation d'un moteur à combustion interne notamment d'un véhicule automobile, comprenant une 15 transmission reliant l'arbre vilebrequin du moteur à l'arbre d'entraînement de la roue de compresseur centrifuge, est caractérisé en ce que la transmission comprend un variateur de vitesse à deux poulies respectivement motrice solidaire de l'arbre de 20 vilebrequin et réceptrice solidaire de l'arbre d'entraînement de la roue du compresseur et courroie montée en boucle sans fin sur les deux poulies, au moins l'une des poulies motrice et réceptrice ayant l'un de ses flasques axialement mobile relativement à l'autre flasque 25 fixe de la poulie sous l'action d'un moyen de pilotage de manière à varier le rapport de transmission entre l'arbre vilebrequin et l'arbre d'entraînement de la roue du compresseur de façon que le compresseur puisse produire une pression de suralimentation relativement constante 30 dès le fonctionnement à bas régime du moteur. De préférence, un calculateur détermine le rapport de transmission en fonction du régime et de la charge du moteur et commande le moyen de pilotage pour déplacer le flasque mobile de la poulie à sa position correspondant 35 au rapport de transmission déterminé pour entraîner l'arbre de la roue du compresseur à une vitesse de rotation de consigne selon une cartographie prédéfinie et 2905409 4 correspondant à la pression de suralimentation relativement constante. Le calculateur est relié à un capteur de vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement du compresseur pour 5 qu'il vérifie si la vitesse de consigne a été atteinte. Avantageusement, le moyen de pilotage est une électrovanne hydraulique proportionnelle. Selon une variante de réalisation, les deux poulies motrice et réceptrice ont chacune l'un de leurs flasques 10 mobile relativement à l'autre sous la sollicitation du moyen de pilotage pour autoriser une plage élevée du rapport de transmission. La courroie de transmission est à section transversale trapézoïdale. 15 L'invention vise également un moteur à combustion interne pour véhicule, tel qu'un véhicule automobile, comprenant un compresseur centrifuge de suralimentation du moteur, et qui est caractérisé en ce que le compresseur centrifuge est accouplé à l'arbre vilebrequin 20 du moteur par le dispositif d'entraînement tel que défini précédemment. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description 25 explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 représente le dispositif de 30 l'invention permettant d'entraîner un compresseur centrifuge de suralimentation d'un moteur à combustion interne et occupant un rapport de transmission élevé, et - la figure 2 représente le dispositif de la figure 1 à un rapport de transmission faible. 35 En se reportant aux figures 1 et 2, la référence 1 désigne l'arbre d'entraînement de la roue 2 d'un 2905409 5 compresseur centrifuge de suralimentation d'un moteur à combustion interne notamment d'un véhicule automobile. Bien que cela ne soit pas représenté, l'arbre d'entraînement 1 de la roue 2 est monté à rotation sur 5 des paliers solidaires d'un carter du moteur. L'arbre 1 est solidaire à son extrémité opposée comportant la roue 2 d'un pignon mené 3 en engrènement avec un pignon menant 4 solidaire d'un arbre intermédiaire d'entraînement 5. 10 L'arbre 5 du pignon menant 4 est accouplé à l'arbre vilebrequin 6 du moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission 7 à variateur de vitesse conforme à l'invention. Le dispositif de transmission 7 comprend une poulie 15 motrice 8 portée en bout de l'arbre vilebrequin 6 et une poulie réceptrice 9 portée par l'arbre intermédiaire 5 à proximité du pignon menant 4. Le dispositif 7 comprend en outre une courroie 10 à section transversale trapézoïdale montée en boucle sans 20 fin sur les deux poulies 8, 9. L'un des deux flasques 9a, 9b de la poulie réceptrice 9, par exemple le flasque 9b adjacent au pignon 4, est solidaire en rotation et en translation de l'arbre 5, tandis que l'autre flasque, par exemple le 25 flasque 9a, est solidaire en rotation de l'arbre 5 mais peut coulisser le long de celui-ci relativement au flasque fixe 9b. Les deux flasques 8a, 8b de la poulie motrice 8 sont solidaires en rotation et en translation de l'arbre 30 vilebrequin 6. Le flasque mobile 9a de la poulie 9 est déplaçable de façon à se rapprocher ou s'éloigner de flasque fixe 9b par un moyen de pilotage, non représenté, pouvant être constitué par une électrovanne hydraulique 35 proportionnelle. Le moyen de pilotage, en déplaçant le flasque mobile 9a relativement au flasque fixe 9b de la poulie 9 2905409 6 permet de faire varier le rapport de transmission entre l'arbre vilebrequin 6 et l'arbre d'entraînement 1 de la roue 2 du compresseur centrifuge de façon que ce dernier puisse produire une pression de suralimentation 5 relativement constante dès le fonctionnement à bas régime du moteur. La figure 1 montre la position du flasque mobile 9a la plus rapprochée du flasque fixe 9b de la poulie 9 et à laquelle la courroie 10 est enroulée suivant un grand 10 diamètre d'enroulement sur la poulie réceptrice 9, ce qui correspond à la plus grande démultiplication ou au rapport de transmission le plus élevé. La figure 2 représente la position du flasque mobile 9a la plus éloignée du flasque fixe 9b de la 15 poulie 9 et à laquelle la courroie de transmission 10 est enroulée suivant un petit diamètre d'enroulement sur la poulie réceptrice 9, ce qui correspond à la plus petite démultiplication ou au rapport de transmission le plus faible. 20 Ce variateur de vitesse permet donc, au cours de la montée en régime du moteur, d'adapter la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement 1 de la roue 2 du compresseur centrifuge de façon à produire une pression de suralimentation constante et ce dès les plus bas 25 régime de fonctionnement de ce moteur. En effet, lorsque le flasque mobile 9a de la poulie réceptrice 9 s'éloigne du flasque fixe 9b, le diamètre d'enroulement de la courroie 10 sur la poulie réceptrice 9 diminue, réduisant par conséquent le rapport de démultiplication de 30 l'ensemble. Ainsi, pour une vitesse constante de la poulie motrice 8, la vitesse du compresseur augmente. Pour abaisser cette vitesse, il suffit de procéder de façon inverse en rapprochant, par le moyen de pilotage, le flasque mobile 9a du flasque fixe 9b de la poulie 9. 35 De préférence, un calculateur embarqué au véhicule détermine, en fonction du régime et de la charge imposés au moteur, le rapport de démultiplication adéquat entre 2905409 7 l'arbre vilebrequin 6 et l'arbre d'entraînement 1 de la roue 2 du compresseur centrifuge de façon à obtenir la bonne vitesse de consigne de rotation de ce compresseur selon une cartographie prédéfinie. Avantageusement, un 5 capteur de vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement 1 du compresseur est relié au calculateur embarqué pour qu'il contrôle si la vitesse de consigne a été atteinte. Selon une variante de réalisation, les deux poulies motrice 8 et réceptrice 9 ont chacune l'un 8a, 9a de 10 leurs flasques 8a, 8b; 9a, 9b qui est mobile relativement à l'autre sous la sollicitation du moyen de pilotage commandé par le calculateur embarqué de manière à autoriser une plage élevée du rapport de transmission entre l'arbre vilebrequin 6 et l'arbre 1 d'entraînement 15 de la roue de compresseur 2. Le dispositif d'entraînement de l'invention est d'une conception extrêmement simple, efficace et peu encombrante. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entraînement d'un compresseur centrifuge de suralimentation d'un moteur à combustion interne notamment d'un véhicule automobile, comprenant une transmission (7) reliant l'arbre vilebrequin (6) du moteur à l'arbre d'entraînement (1) de la roue (2) du compresseur centrifuge, caractérisé en ce que la transmission (7) comprend un variateur de vitesse à deux poulies (8, 9) respectivement motrice (8) solidaire de l'arbre vilebrequin (6) et réceptrice (9) solidaire de l'arbre d'entraînement (1) de la roue (2) du compresseur et courroie (10) montée en boucle sans fin sur les deux poulies (8, 9), au moins l'une (9) des poulies motrice et réceptrice (8, 9) ayant l'un (8a ; 9a) de ses flasques (8a, 8b ; 9a, 9b) axialement mobile relativement à l'autre flasque fixe (8b ; 9b) de la poulie sous l'action d'un moyen de pilotage de manière à varier le rapport de transmission entre l'arbre vilebrequin (6) et l'arbre d'entraînement (1) de la roue (2) du compresseur de façon que le compresseur puisse produire une pression de suralimentation relativement constante dès le fonctionnement à bas régime du moteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un calculateur détermine le rapport de transmission en fonction du régime et de la charge du moteur et commande le moyen de pilotage pour déplacer le flasque mobile (8a ; 9a) de la poulie (8 ; 9) à sa position correspondant au rapport de transmission déterminé pour entraîner l'arbre (1) de la roue (2) du compresseur à une vitesse de rotation de consigne selon une cartographie prédéfinie et correspondant à la pression de suralimentation relativement constante. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le calculateur est relié à un capteur de vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement du 2905409 9 compresseur pour qu'il vérifie si la vitesse de consigne a été atteinte. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de pilotage 5 est une électrovanne hydraulique proportionnelle. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux poulies motrice et réceptrice (8, 9) ont chacune l'un (8a, 9a) de leurs flasques (8a, 8b ; 9a, 9b) mobile relativement à 10 l'autre sous la sollicitation du moyen de pilotage pour autoriser une plage élevée du rapport de transmission. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la courroie de transmission (10) est à section transversale 15 trapézoïdale. 7. Moteur à combustion interne pour véhicule, tel qu'un véhicule automobile, comprenant un compresseur centrifuge de suralimentation du moteur, caractérisé en ce que le compresseur centrifuge est accouplé à l'arbre 20 vilebrequin (6) du moteur par le dispositif d'entraînement tel que défini dans l'une des revendications précédentes.