Brevet FR2916253A1 — publié le 20081121

La présente invention se rapporte au système bielle manivelle connu, et en particulier à celui équipant les moteurs thermiques à pistons alternatifs, à cycle à deux ou quatre temps. Sur ces deux types de moteurs, le dit système bielle manivelle de type connu montré sur la figure 1, permet la transformation lors du temps dit moteur de l'énergie fournie par la pression au dessus du piston (P) qui effectue un mouvement alternatif dans le cylindre (C), en un mouvement circulaire continu du vilebrequin (VS) par l'intermédiaire d'au moins une bielle (B). Ce système bielle manivelle à l'inconvénient (fig.l) lors du début de la détente 1 o juste après le PMH1, d'avoir la résultante (R1) de la force générée au dessus du piston (P) dans une position ou l'angle (AGi) entre la manivelle du vilebrequin et l'axe longitudinale de la bielle est très fermé, et donc sa composante perpendiculaire (CP1) au vilebrequin (VB) faible, et de ce fait le couple restitué sur le dit vilebrequin (VB) est lui aussi faible. 15 Au fur et à mesure de la déscente du piston, l'angle (AGi) commence à augmenter et la restitution du couple sur le vilebrequin (VB) s'améliore mais la pression de la détente au dessus du piston commence à diminuer. Le rendement énergétique entre I'énergie fournie par la pression au dessus du piston et le travail récupéré sur l'arbre moteur (VB) est insuffisant, puisqu'au 20 moment ou la pression de détente est la plus élevée dans la chambre de combustion dans le Volume de Compression Maximum (VCM) au passage du PMH1, la position de l'embiellage est la plus défavorable (figl) à la récupération d'un couple élevé sur l'abre moteur (VB)... Des systèmes à pistons à axes déportés ou à cylindres désaxés par rapport à 25 l'embiellage, permettent de diminuer ce défaut mais d'un faible pourcentage. Le dispositif selon l'invention permet de remédier de manière importante à cet inconvénient, et d'avoir le système bielle manivelle dans une position beaucoup plus favorable (fig.2) à la transformation de la même énergie fournie par le piston (P) lors de la détente, en un couple élevé sur l'arbre moteur (VB), avec un angle (AG2) beaucoup plus grand que l'angle (AGI) de la figure 1, au début de la détente (DD2), avec la meme résultante RI de la meure pression au dessus du piston (P), ce qui donne une composante perpendiculaire (CP2) beaucoup plus importante que la composante (CP1) de la fig 1. Le dispositif selon l'invention comporte en effet selon une première caractéristique, une bielle (Bl) à entraxe variable et controlé paradant le fonctionnement du moteur qui permet la disposition très favorable de la figure 2, ici avec un début de détente (DD2) qui commence par exemple 17 après le PMH2, dans le même Volume de Compression Maximum (VCM) qu'au PMH1 1 o habituel de la fig. 1. Les dessins en annexe illustrent l'invention. -la figure 3 représente le dispositif de l'invention vue de coté, c'est à dire transver salement au vilebrequin. -La figure 4 représente une coupe de la figure 3, c'est à dire dans le sens longitudi 15 nal du vilebrequin. Ces deux figures 3 et 4 ne sont pas des dessins de définition. Selon le mode de réalisation fig.3 et 4, la dite bielle (Bi) est reliée au piston (P) par un axe (Al) classique de type connu non représenté, et reliée à l'autre axe d'extrémité (A2) appelé tête de bielle au vilebrequin (VB), par une partie en U de 20 type connu appelée à fourche (BF) dont l'ouverture du U est fermée par une pièce de fermeture (PF) boulonnée sur chaque coté de la fourche, à l'intérieure de laquelle peut coulisser avec guidage connu, une autre pièce appelée porte coussinets (PC) en deux parties (PC1) et (PC2) boulonnées ensemble, l'ensemble autorise donc un entraxe variable entre les deux axes (Al) et (A2) de 25 raccordement de la bielle pour former l'embiellage. Le' contrôle précis de l'entraxe variable de la bielle (B1), se fait par au moins un pignon denté (PG2) situé sur un des cotés de l'ensemble bielle/porte coussinets (PC), qui engraine sur un premier pignon (PG1) identique et fixe autour du maneton (M) et de son axe (A2), le dit pignon (PG2) entrainant un axe (AX4) 30 monté et guidé dans deux paliers (PLI) et (PL2), qui traversent parallèlement à l'axe (A2) du maneton (M) le porte coussinets (PC), le dit axe (AX4) comporte entre ses deux paliers une came (CM1) qui va faire pivoter au moment voulu un axe (AX3) équipé d'un galet (GLl), qui relit les deux bras de levier (BL1) et (BL2) dont le déplacement angulaire dans le sens des flèches Fi/F2 va faire augmenter l'entraxe de la bielle, en alignant presque Ies trois axes (AX1) (AX2) (AX3) des dits deux bras (BL1) et (BL2) , et le dit galet (GL1) est équipé d'un roulement qui va diminuer fortement les frottements cames / galet. L'axe (AX3) du galet (GL1) peut se trouver par exemple dans la position (AX5) fig.3, au point de l'augmentation maxi de l'entraxe de la bielle B1, au début de la 0 détente DD2 de la fig. 2. L'axe (AX1) articule le bras de levier (BL1) sur le porte coussinets (PC), et l'axe (AX2) articule le bras de levier (BL2) sur la bielle (Bi). Les. axes (AX!) et (AX2) sont alignés sur un axe qui passe par les axes (Al) et (A2) de la bielle (B1). 15 L'axe (AX4) de la came (CM1) est situé un peu au dessus de l'axe (AX3), c'est à dire vers l'axe (Al) de pied de bielle, dans la position de la fig. 3 d'entraxe mini. Les parties repérées ZA sont des zones d'alègement. Deux ressorts de rappel (RS1) et (RS2) sont disposés entre le porte coussinets (PC) et la pièce de fermeture de la fourche (PF), avec une butée (BT1) et (BT2) 20 pour limiter l'augmentation de l'entraxe de la bielle à sa valeur maxi. Ceci afin d'éviter à l'axe de galet (AX3) de dépasser l'alignement des axes (AX1) et (AX2) et d'empêcher le retour en arrière du dispositif, c'est à dire de réduire ensuite l'entraxe de la bielle pour le cycle suivant, à partir de la fin de la détente. Ainsi, le galet (GLi) reste toujours en contact avec la camé (CM!). 25 L'ensemble permet donc le control précis de l'entraxe de la dite bielle (Bl) au moment opportun par rapport au cycle moteur. Ici, sur la figure 2 lors du début de détente (DD2) fixé par exemple à 17 après le PMH2 de l'embiellage, avec le même volume de compression Maximum (VCM) que dans le système actuel de la fig.l au PMH1, l'axe (Al) de piston (P) se trouve 3 0 sur l'axe verticale (A2) du vilebrequin (VB). avec le piston (P) dont le 4 2916253 coulissement dans le cylindre (CY) est parallèle à la bielle (Bl), ce qui élimine l'effort latéral important habituel entre piston/cylindre de l'embiellage classique fig.l, et qui améliore encore le rendement moteur et diminue son usure. Le système composé des deux bras de levier (BL1) et (BL2) permet d'amplifier le 5 " mouvement de la came (CM!), sans que celle ci nécessite une loi de levée extremement rapide. Lors de la phase de compression de la fig.2, l'effort latéral piston/cylindre est plus important que la disposition classique fig.1, mais le dispositif présenté fig.2 permet lors du passage du PMH2 théorique, d'avoir une compression plus faible 10, puisque la dite compression maximum (VCM) s'effectue justement 17 après le PMH2 sur cette fig.2, ce qui limite finalement l'effort latéral piston/cylindre, de toutes façons beaucoup moins élevé que l'éffort latéral piston/cylindre lors de la détente sur un moteur actuel fig.l. D'autres parts, selon le dispositif de l'invention, le fait que la compression finale à 15 lieu -paradant les 17 après le PMH2 théorique fig 2, fait que l'énergie de cette compression finale est positive en rendement car elle fournit un couple dans le sens de rotation moteur. De préférence, pour un fonctionnement correcte, il est préférable de commencer l'augmentation de l'entraxe de la bielle avant le passage du point mort haut 20 théorique PMH2 de la fig.2 en phase de sous compression par la came (CM!), de façon à ce que la phase du début d'accélération rapide de l'entraxe de la bielle (B1) par la came (CM1) soit déjà commencée avant le dit PMH2 théorique, pour ensuite conserver une vitesse d'augmentation d'entraxe importante et compenser la redescente du piston par l'embiellage pandant une partie de rotation moteur 25 jusqu'au début de la détente DD2 fig.2. La rotation de l'axe (AX4) de came ( CM1) se fera de préférence dans le sens de la flèche F3 de la Fig.3. Puis, il est aussi nécessaire de ralentir ensuite cette accélération de piston I bielle, avant la fin du décalage, ici de 17 , entre le passage au PMH2 théorique et le 30 début de détente de la fig. 2 rep (DD2), favorisé par les deux bielettes (BL1) et ( BL2) quand leurs axes (AX1) , (AX2) et (AX3) sont presques alignés. II est donc interressant d'avoir une bielle et un piston dont les poids soient réduits, pour être plus facilement activés par le système proposé par l'invention. Le système objet de la présente invention permet d'obtenir un couple beaucoup plus élevé avec la même charge (Ri) fournie par les pistons, et donc de réduire fortement la cylindrée du moteur à puissance égale, et donc de réduire aussi fortement le poids des pièces alternatives de l'embiellage, c'est à dire les bielles et les pistons. A puissance fournie égale, la consommation de carburant sera toute aussi 1 o fortement réduite, et par un effet cumulatif, la forte réduction de la cylindrée entrainera sur des moteurs quatre temps essence une forte réduction des pertes par pompage, responsable pour une part importante de la surconsommation en ville par rapport à un diesel. La dimension des radiateurs de refroidissement sera aussi nettement réduite, due i 5 au rendement nettement amélioré par l'invention présente. De plus, le fait d'aligner le cylindre dans l'axe de la bielle sur la figure 2 par rapport au système classique actuel fig.l, élimine l'effort latéral piston/cylindre de. la fïg.1 en phase de détente et permet à l'effort (Ri) fournit par la pression au dessus du piston d'etre dans l'axe de la bielle (B1), ce qui permet à la bielle de 20 travailler beaucoup plus en compression mécanique simple, et donc de réduire encore son épaisseur de matière et donc sa masse. Ces avantages inhérents au dispositif objet de la présente invention vont dans le sens de l'alègement bielles/pistons, qui permet de lui assurer un fonctionnement correct. 25 De, même, lors de l'effort maxi dans la bielle pandant la détente, les biellettes (BL1) et (BL2) sont presques alignées et leur travail mécanique en compression permet de les prévoir en alliage léger comme les pistons, mais à des températures beaucoup plus basses , et donc avec une faible inertie avantageuse pour le fonctionnement du système objet de la présente invention. 30 Dans cette disposition d'entraxe maxi de la bielle, l'axe (AX3) est presque aligné sur les axes (Al), (AXI), (AX2), et (A2), et donc avec peu d'effort entre le galet (GL1) et la came (CM1). Puis, vers la fin de la détente, la came (CM1) toujours en rotation commence à se dégager et ramène les biellettes (BL1) et (BL2) vers la position d'entraxe mirai de 5 la bielle (Bi), fig. 3. La pression qui règne encore au dessus du piston (P) et les ressorts (RS1) et (RS2) maintiennent le contact du galet (GL1) sur la came (CM1). Pour une application sur un moteur à cycle à deux temps, le pignon denté (PG1) est identique au pignon (PG2), et pour les moteurs à quatre temps le 1 o pignon (PG2) aura le double de dents du pignon (PG1), l'action du dispositif ne se fera alors qu'un tour sur deux au moment necessaire de la détente. En variante non représentée, l'axe (AX4) de came (CM!) est entrainé en rotation par un bras muni à son extrémité d'un galet, qui lui est en appui sur un chemin de roulement lié au maneton (M) et situé sur le coté de la bielle, dont 15 la forme du dit chemin permet la rotation de l'axe de came au moment et à la valeur nécessaire pour augmenter ou diminuer I'entraxe de la bielle. Le graissage est assuré de manière habituelle sous pression. L'entrainement de la came (CM!) lors de son action d'augmentation de l'entraxe de la bielle par les pignons situés sur un coté de la bielle, génère un 20 couple de rotation autour de l'axe principale de la dite bielle. Cette effort est repris par les,coussinets habituels, et si nécessaire par un appui latéral sur le coté du porte coussinets (PC), par des coussinets plats circulaires comme ceux utilisés pour le calage latéral des embiellages, repère (CC) fig. 4. De même, le jeu du guidage du porte coussinets (PC) à l'intérieur du U de la 25 tête de bielle à fourches, peut être compensé si nécessaire par un système connu à piston et à pression d'huile moteur (SPH) et ressort, comme ceux utilisés par exemple dans les tendeurs de chaine de distribution, aussi avec piston et ressort repère (SPH) sur la fig. 3 Un coussinet plat (CP) est ainsi plaqué par le système de compensation de jeu 3o de - guidage (SPH), contre l'intérieur d'une fourche de la bielle en U, de 10 préftrence comme indiqué sur la fig. 3, du coté de l'axe AX4 de came (CM!). Un trou calibré est prévu au centre du coussinet plat (CP) et du piston du système (SPIS, de façon à assurer le graissage sous pression du dit coussinet plat (CP). Les axes AX1, 2, 3, 4, sont maintenus en translation par exemple par des circlips habituels non montrés. Le dispositif objet de l'invention est particulièrement destiné aux moteurs thermiques à système bielle manivelle et pistons alternatifs d'utilisation courante, à régimes de rotation peu élevés. Les-divers éléments qui composent l'invention peuvent avoir des formes et une situation différente de celles décrites ci dessus, dont une personne de métier peut facilement s'inspirer, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Dispositif destiné à augmenter la récupération du couple moteur, par l'augmentation et le contrôle de l'entraxe des bielles des moteurs thermiques à cycles à deux ou à quatre temps pandant leur fonctionnement, dont les dites bielles sont de type connues à fourche du coté tête de bielle pour la liaison avec l'embiellage, et muni d'un porte coussinets (PC) fig. 3 en deux parties boulonnées ensemble, coulissant et guidé de manière connue entre les deux bras de la dite fourche, reliées à leurs extrémités par une pièce de fermeture (PF) boulonnée sur chaque bras, caractérisé en ce que le déplacement et précis et controlé du dit porte coussinets (PC) à l'intérieur de la fourche de la bielle, est obtenu par une came (CM1) montée sur un axe (AX4) entrainé par un pignon (PG2) denté placé sur le coté de la bielle, lui même entrainé par un premier pignon (PG1) denté axé et solidaire du maneton du vilebrequin, la dite came (CM1) vient en appui sur un axe (AX3) équipé d'un galet à roulement ou s'articulent deux biellettes (BL1) et (BL2) dont l'une (BL1) s'articule à son autre extrémité par l'axe (AX1) sur le porte coussinet (PC), et l'autre biellette (BL2) s'articule à son autre extrémité par l'axe (AX2) sur la bielle . 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (AX4) fig. 3 de la came (CM1) est parallèle à l'axe (A2) du maneton (M) et de la tête de bielle, et guidé par des paliers (PLI) et (PL2) prévus dans le porte coussinets coulissant (PC). 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'axe (AX4) de la came (CM1) est situé Iégèrement au dessus de l'axe (AX3) de jonction des biellettes (BL1) (BL2) vers l'axe (Al) de pied de bielle, dans la position d'entraxe mini de la fig. 3. 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes (AX1) et (AX2) d'articulation des deux biellettes (BL1) et (BL2), sont alignés sur une ligne qui passe par les axes (Al) et (A2) d'articulation de la bielle (B1) au piston et au vilebrequin. 5) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pignon yo d'entrainement primaire (PG1) possède le même nombre de dents que le pignon secondaire (PG2) de l'axe (AX4) de la came (CMI) pour les moteurs à cycle deux temps, et deux fois moins de dents que (PG2) pour les moteurs à cycles à quatre temps.