Brevet FR2905729A1 — publié le 20080314

Moteur à combustion interne pour véhicule automobile. La présente invention concerne un moteur à combustion interne, du type comprenant un carter dans lequel est disposé un arbre moteur portant une came, au moins un cylindre ménagé dans le carter et, pour chaque cy- lindre, un piston coulissant dans le cylindre et une bielle reliée au piston, la bielle comprenant un galet monté rotatif sur la bielle, le galet étant en contact avec une surface d'appui de la came, la bielle entraînant la came en rotation lors du temps d'explosion du cycle du moteur. On connaît déjà de nombreux moteurs de ce type. Les cylindres sont disposés en étoile, les axes de ces cylindres étant situés dans un plan perpendiculaire à l'arbre moteur. La transmission du mouvement alternatif des pistons s'effectue par des galets montés rotatifs sur la bielle et roulant dans la rainure d'une came formant vilebrequin, portée par l'arbre moteur. Lors de l'explosion, le piston exerce un effort important sur la came. La réaction de la came comprend une composante suivant l'axe du piston et une composante perpendiculaire à l'axe du piston dite composante normale. S'ensuivent des frottements importants entre le piston et le cylindre pouvant entraîner le serrage du piston. De plus, ces frottements provoquent une sur-consommation de carburant. L'invention a pour but de réduire les frottements entre le piston et le cylindre. A cet effet, l'invention a pour objet un moteur du type précité, caractérisé en ce qu'au moins un cylindre comprend des moyens de guidage en translation de la bielle. Le moteur selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - lesdits moyens de guidage comprennent un premier rouleau de guidage monté rotatif sur le carter, le rouleau étant en contact avec une surface 30 latérale de la bielle ; -lesdits moyens de guidage comprennent un deuxième rouleau de guidage en contact avec une surface latérale de la bielle, le premier et le deuxième rouleau étant disposés de part et d'autre de la bielle ; 2905729 2 - le premier rouleau de guidage a un diamètre supérieur au diamètre du deuxième rouleau de guidage ; - les rouleaux de guidage sont des rouleaux à aiguilles ; - la bielle est encastrée dans le piston ; 5 - la came et la bielle sont connectées de façon à ce que la came en-traîne la bielle en translation lors des temps d'admission, de compression et d'échappement du cycle du moteur ; - la came comprend une rainure dans laquelle est reçu le galet de chaque bielle, ladite rainure formant deux surfaces d'appui opposées pour le 10 galet ; et - le moteur comprend quatre cylindres, et la came comprend quatre bossages. L'invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur tel que précédemment mentionné. 15 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un moteur selon l'invention ; 20 - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective du moteur de la figure 1, le carter n'étant pas représenté et les pistons étant en position de point mort haut ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, les pistons étant en position de point mort bas. 25 Le moteur comprend un carter 2 (figure 1) comprenant quatre cylindres 4 disposés dans un même plan à 90 , comme illustré sur les figures 1 à 3. Dans chaque cylindre 4, est monté un piston 6 coulissant. Le piston 6 est relié à une bielle 8 comprenant un galet 10 monté rotatif et faisant saillie jusque dans une came 12 formant vilebrequin, la came 12 étant portée par un arbre moteur (non représenté). En effet, le galet 10 roule dans une rainure 14 de la came 12. 2905729 3 De plus, la bielle 8 est guidée en translation au moyen de rouleaux 16, 18 de guidage montés rotatifs sur le carter 2. L'arbre moteur est disposé dans le carter 2 au moyen de paliers de roulement. II traverse le carter suivant un axe X-X' longitudinal et horizontal, 5 perpendiculaire à l'axe de chacun des cylindres 4 (voir figures 2 et 3). L'arbre moteur porte la came 12 formant vilebrequin et reliant la bielle 8 à l'arbre moteur. Dans tout ce qui suit, les termes axial et radial s'entendent par rapport à l'axe X-X'. 10 Le carter 2 comprend, outre les quatre cylindres 4, une partie pleine 20 portant les rouleaux de guidage 16, 18. La partie pleine 20 s'étend radialement entre l'arbre moteur et chaque cylindre 4, du côté de la bielle 8 opposé à la came 12. Elle forme sensiblement un disque d'axe X-X' percé en son milieu. 15 De plus, la partie pleine 20 comprend un évidement 22 sensiblement parallélépipédique s'étendant suivant l'axe du piston 6. Cet évidement 22 est en regard de la bielle 8 et a une largeur et une profondeur suffisantes pour permettre le mouvement de la bielle 8 entre une position de point mort haut et une position de point mort bas, comme illustré sur la figure 1. 20 La partie pleine 20 comprend également des trous taraudés d'axe pa- rallèle à X-X' pour la fixation des rouleaux de guidage 16, 18. Le piston 6 coulisse suivant l'axe du cylindre 4 et forme un joint étanche avec le cylindre 4. Le piston 6 et le cylindre 4 définissent ensemble une chambre de combustion (figure 1). 25 En fonctionnement, le piston 6 suit un mouvement alternatif en translation entre une position de point mort haut et une position de point mort bas. Sur les figures 1 et 2, le piston 6 est illustré en position de point mort haut. Sur la figure 3, le piston 6 est illustré en position de mort bas. La bielle comprend une tige 24 sensiblement parallélépipédique de 30 longueur suffisante pour relier le piston 6 à la came 12. Une extrémité 26 de la tige 24 est reliée au piston 6. Avantageusement, cette extrémité 26 de la tige 24 est encastrée dans le piston 6. L'autre extrémité 28 de la tige 24 porte le galet 10 monté rotatif. 2905729 4 Le galet 10 est monté rotatif sur la tige 24 au moyen d'un ensemble vis-écrou 30 traversant la tige 24. Son axe de rotation est parallèle à l'axe X-X'. II s'agit par exemple d'un rouleau à aiguilles. L'écrou 30 est au contact de la tige 24, du côté opposé au galet 10. 5 L'écrou 30 se déplace librement dans l'évidement 22 de la partie pleine 20. La bielle 8 est guidée en translation par les rouleaux de guidage 16, 18. Les rouleaux de guidage 16, 18 sont disposés de part et d'autre de la tige 24 de la bielle 8. Ils comprennent un premier rouleau 16 et un deuxième rouleau 18. 10 Le premier rouleau 16 est en contact avec une surface latérale de la tige 24, la surface latérale étant parallèle à l'axe du galet 10. Le deuxième rouleau 18 est en contact avec la surface latérale parallèle et opposée à la précédente de la tige 24. Les axes des rouleaux de guidage 16, 18 sont parallèles à l'axe du 15 galet 10 et sont perpendiculaires à l'axe de la tige 24. Lorsque le piston est en position de point mort haut, les axes des deux rouleaux 16, 18 et du galet 10 sont sensiblement coplanaires. Ainsi, les rouleaux 16, 18 assurent un guidage en translation de la bielle 8 entre les positions de point mort haut et les positions de point mort 20 bas, comme illustré sur les figures 2 et 3. Pour un moteur de véhicule de tourisme, le premier rouleau 16 a par exemple un diamètre compris entre 25 millimètres et 35 millimètres et le deuxième rouleau 18 a par exemple un diamètre compris entre 15 millimètres et 20 millimètres. 25 La came 12, illustrée en perspective sur les figures 2 et 3, est symétrique par rapport à l'axe X-X'. Elle est fixe par rapport à l'arbre moteur, les deux étant par exemple venus de matière. La rainure 14 de la came 12 forme une première surface d'appui 32 ou surface d'appui interne et une deuxième surface d'appui 34 ou surface 30 d'appui externe. Le galet 10 de chaque bielle 8 est reçu dans la rainure 14 de la came 12. La distance entre les deux surfaces d'appui 32, 34 est par exemple constante et supérieure au diamètre du galet 10. Ainsi, lorsque le galet 10 2905729 5 roule sur l'une des surfaces d'appui (32 ; 34), il est espacé de l'autre surface d'appui (32 ; 34) d'un certain jeu. Le jeu est par exemple compris entre 0,02 millimètres et 0,05 millimètres. La rainure 14 de la came 12 forme plusieurs bossages. Dans 5 l'exemple illustré (figures 2 et 3), la rainure 14 forme quatre bossages symétriques et disposés à 90 , comme le sont les cylindres 4 du moteur. Ainsi, la translation du piston 6 lors des temps d'explosion entraîne la came 12 en rotation. Inversement, la rotation de la came 12 lors des temps d'admission, de compression et d'échappement entraîne le piston 6 en tan- 10 station. Sur les figures 2 et 3, la came 12 tourne dans le sens anti-horaire. Lors de l'explosion, la bielle 8 exerce un effort important sur la surface d'appui interne 32 de la came 12. La réaction de la surface d'appui interne 32 comprend une composante radiale et une composante perpendiculaire à l'axe du piston 6 dite composante normale. La composante normale génère 15 un moment sur le piston 6 dans le sens anti-horaire. Le premier rouleau 16 exerce, en même temps, une réaction d'appui sur la bielle 8, parallèle et en sens opposé à la composante normale de la réaction d'appui de la came 12. Le moment exercé sur le piston 6 est ainsi diminué grâce au premier rouleau 16. 20 Lors de la remontée du piston 6, par exemple lors d'une phase de compression ou d'échappement, la surface d'appui interne 32 de la came 12 exerce un effort sur la bielle 8 qui comprend une composante radiale et une composante normale. Du fait de la composante normale, il résulte un moment sur le piston 6 dans le sens horaire. Dans le même temps, la réaction 25 d'appui du deuxième rouleau 18 s'oppose à la composante normale de l'effort exercé par la came 12 et diminue ainsi le moment sur le piston 6. Lorsque la surface d'appui externe 34 exerce un effort sur la bielle 8 pour descendre le piston 6, par exemple lors d'une phase d'admission, cet effort comprend également une composante radiale et une composante 30 normale. La composante normale génère un moment sur le piston 6 dans le sens horaire. Le deuxième rouleau 18 exerce, en même temps, une réaction d'appui opposée à la composante normale de la réaction d'appui de la came 12. Le moment sur le piston 6 est ainsi diminué. 2905729 6 Les efforts générés lors de l'explosion étant plus importants que les efforts générés pendant les autres phases de fonctionnement, on comprend que le premier rouleau 16 de guidage est avantageusement choisi avec un diamètre supérieur au deuxième rouleau 18 de guidage. 5 On notera que la géométrie de la came 12 n'est pas limitative en ce qui concerne le nombre et/ou la forme des bossages. Le plus généralement, le nombre de bossages est égal au nombre de cylindres, mais il peut aussi être inférieur ou supérieur au nombre de cylindres. Le nombre de bossages peut être par exemple la moitié ou le double du nombre de cylindres. 10 De plus, le moteur ne comporte pas nécessairement quatre cylindres 4. En effet le moteur peut être par exemple monocylindre ou bicylindre. REVENDICATIONS 1.- Moteur à combustion interne, du type comprenant un carter (2) dans lequel est disposé un arbre moteur portant une came (12), au moins un cylindre (4) ménagé dans le carter (2) et, pour chaque cylindre, un piston (6) coulissant dans le cylindre (4) et une bielle (8) reliée au piston (6), la bielle (8) comprenant un galet (10) monté rotatif sur la bielle (8), le galet (10) étant en contact avec une surface d'appui (32) de la came (12), la bielle (8) en-traînant la came (22) en rotation lors du temps d'explosion du cycle du moteur, caractérisé en ce qu'au moins un cylindre (4) comprend des moyens de guidage (16, 18) en translation de la bielle (8). 2 û Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage (16, 18) comprennent un premier rouleau (16) de guidage monté rotatif sur le carter (2), le rouleau (16) étant en contact avec une surface latérale de la bielle (8). 3 û Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage (16, 18) comprennent un deuxième rouleau (18) de guidage en contact avec une surface latérale de la bielle (8), le premier (16) et le deuxième (18) rouleau étant disposés de part et d'autre de la bielle (8). 4 û Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier rouleau (16) de guidage a un diamètre supérieur au diamètre du deuxième rouleau (18) de guidage. 5 û Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les rouleaux de guidage (16, 18) sont des rouleaux à aiguilles. 6 û Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bielle (8) est encastrée dans le piston (6). 7 û Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que la came (12) et la bielle (8) sont connectées de façon à ce que la came (12) entraîne la bielle (8) en translation lors des temps d'admission, de compression et d'échappement du cycle du moteur. 2905729 8 8 ù Moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce que la came (12) comprend une rainure (14) dans laquelle est reçu le galet (10) de chaque bielle (8), ladite rainure (14) formant deux surfaces d'appui (32, 34) opposées pour le galet (10). 5 9 ù Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur comprend quatre cylindres (4), et en ce que la came (12) comprend quatre bossages. 10 ù Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes.