Brevet FR2950391A1 — publié le 20110325

La présente invention se rapporte à un moteur thermique à explosion, et notamment au contrôle de son rendement et taux de compression. La variation du taux de compression des gaz dans les cylindres d'un moteur thermique à explosion permet d'optimiser le rendement d'un moteur. En effet, le rendement thermodynamique d'un moteur à combustion interne est une fonction croissante du rapport volumétrique de compression. Il n'est malheureusement pas possible d'augmenter indéfiniment celui-ci du fait, notamment : - de contraintes de pressions de fin de combustion élevées incompatibles avec les charges admissibles par le moteur, - du risque d'une baisse du rendement global du moteur et éventuelle chute du rendement mécanique, - du risque d'auto-inflammation du mélange comburant / carburant 15 dans le cas d'un moteur à essence. Dans les zones de faibles charges, le fonctionnement du moteur s'éloigne du cycle thermique théorique. La pression de fin de compression n'est plus directement liée au rapport volumétrique de compression et dépend fortement de la charge et du régime de rotation du moteur. Il devient alors 20 intéressant dans de telles zones de mettre en place un dispositif de rapport de compression variable (VCR : Variable Compression Ratio). L'augmentation du rapport volumétrique de compression permet alors de rétablir la pression de fin de compression à la valeur requise pour un fonctionnement optimisé du moteur. Cette valeur pourra également être guidée par des impératifs de 25 consommation et de pollution, ou encore de puissance moteur souhaitée, d'indice d'octane du carburant, etc. Des techniques existent pour agir sur ledit rapport volumétrique de compression dans un cylindre. Ces techniques consistent notamment à faire varier la longueur de 30 certaines structures mécaniques du moteur, au niveau du piston ou de la culasse plus particulièrement. Ces différences d'amplitude aboutissent à la variation du taux de compression attendu. Cependant, lesdites techniques engendrent des modifications importantes dans la disposition standard d'un moteur et entraînent des 35 modifications structurelles parfois coûteuses et nécessitant un bloc moteur souvent plus volumineux. On a également cherché à faire varier le taux de compression en prévoyant une bielle à longueur variable réalisée à la manière d'un piston. Cette technologie pose toutefois des problèmes quant à la pression de fluide nécessaire, et à la transmission de la force motrice d'explosion par la bielle, une certaine quantité de force motrice étant perdue à causse de l'amortissement de l'explosion par le fluide sous pression de la bielle-vérin. II existe donc un besoin pour un système de variation de la longueur de bielle différent permettant à cette dernière de supporter les efforts mis en oeuvre. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et propose pour cela un moteur thermique à explosion comprenant au moins un cylindre abritant un piston monté mobile en translation à l'intérieur dudit cylindre et relié à un vilebrequin par l'intermédiaire d'au moins une bielle, caractérisé en ce que la longueur d'extension entre un point d'attache de la bielle au piston et le vilebrequin est réglable, , la bielle étant réalisée sous la forme d'au moins une genouillère (9, 11) à écartement réglable. La présence d'une genouillère permet une variation de la longueur de la bielle par variation de l'écartement de la genouillère. Ainsi, en prévoyant un moteur équipé d'au moins une bielle à longueur variable à la manière d'une genouillère, la gestion de la longueur entre le piston et le vilebrequin permet d'obtenir une maîtrise du taux de compression soit, le contrôle du rendement moteur sans altérer outre mesure les performances de transmission d'efforts. Ce système vient se substituer à la structure à longueur fixe utilisée habituellement utilisé sans impliquer de modifications structurelles fondamentales au moteur. Cet écartement est aisément contrôlable tout en ayant un encombrement limité. Avantageusement, la genouillère est réalisée à partir d'au moins quatre biellettes. Préférentiellement, les moyens de réglage de la longueur de la bielle comprennent au moins un moteur et au moins un moyen de commande associé. Selon un premier mode de réalisation, le moteur de réglage est un vérin hydraulique. Selon une deuxième mode de réalisation, le moteur de réglage est un moteur électrique. Selon une variante de réalisation, le moteur de réglage est un moteur hydraulique De manière préférentielle, les moyens de réglage de la bielle comprennent au moins une vis filetée apte à être entraînée en rotation. Avantageusement, la vis filetée présente un double filetage inversé. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description détaillée exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lesquels : - La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un bloc piston d'un moteur à explosion selon l'invention dans lequel la bielle est en configuration « raccourcie ».; - La figure 2 est une vue en coupe transversale du bloc piston de la figure 1 dans lequel la bielle est en configuration « allongée ».; - La figure 3 est une vue en coupe transversale d'un deuxième mode de réalisation de l'invention, la bielle étant en configuration allongée. - la figure 4 est une vue correspondant à la figure 3, dans laquelle la bielle configuration raccourcie; - la figure 5 est une vue en coupe d'un troisième mode de réalisation de l'invention, notamment avec la présence d'un moteur hydraulique ; Sur l'ensemble de ces figures, des références identiques désignent des organes ou ensembles d'organes identiques ou analogues. On se reporte à présent aux figures 1 et 2, sur lesquelles on peut voir l'invention représentée en coupe transversale au niveau d'un cylindre 1. Le cylindre 1 abrite un piston comprenant une tête 3 liée à un maneton 5 d'un vilebrequin 7 par une bielle réalisée à partir de deux bras 9, 11. Chacun des deux bras 9, 11 est composé de deux biellettes dont une supérieure 13 et une inférieure 14. Les biellettes inférieures 14 est en forme de fourche de manière à pouvoir venir en prise avec une extrémité 21 adaptée du maneton 5 sur lequel 30 elles sont fixées par une liaison pivot 19. Les deux biellettes 13 et 14 de chaque bras sont liées et articulées entre elles grâce à un pivot de liaison 15. Les biellettes supérieures 13 des bras 9 et 11 sont associées au même pivot de liaison 17 par lequel elles sont liées à la tête de piston 3. Ainsi, les quatre biellettes 13 et 14 articulées forment ensemble une genouillère dont les pivots de liaison 15 peuvent être écartés ou rapprochés. Les pivots de liaison 15 sont percés et taraudés afin de pouvoir recevoir une vis filetée 23. Cette dernière possède un filetage opposé sur sa partie droite 25 et sa partie gauche 27 de manière à ce que sa rotation entraîne l'écartement et le rapprochement de la genouillère en fonction du sens de rotation de la vis. Sa partie centrale est une roue dentée 29 apte à permettre l'entraînement de la vis 23 par un moyen d'entraînement correspondant. Ainsi, le rapprochement de la genouillère permet de réduire la longueur globale de la bielle tandis que l'écartement de la genouillère permettra d'allonger la bielle, permettant ainsi de faire varier le taux de compression du cylindre conformément à l'invention. La commande de l'écartement ou du rapprochement de la genouillère s'effectue au moyen de moteurs électriques ou hydrauliques 24 aptes à entraîner la vis 23 par engrenage avec la roue dentée 29 centrale de la vis. Plus précisément, dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, le dispositif comprend deux moteurs électriques 24 montés chacun de manière orientables sur les bras 14 ou aux pivots de liaison 15 et sont aptes à entraîner une tige 26 équipée d'une roue dentée centrale s'engrenant avec la roue dentée 25, les moteurs pouvant coulisser le long de la tige 26 selon l'écartement de la genouillère, l'entraînement pouvant se faire, notamment en prévoyant une tige 26 de section hexagonale. Afin de piloter les moteurs 26 et régler précisément l'écartement de la genouillère, on prévoira des moteurs 26 associés à un ou plusieurs capteurs de la position angulaire de l'arbre moteur. Les figures 3 et 4 montre une variante de réalisation n'utilisant qu'un seul moteur 126 engrenant directement la vis filetée 23. En fonction de la géométrie de la genouillère et de la longueur globale de la bielle, on pourra grâce à l"invention faire aisément varier la longueur globale de la bielle de plusieurs millimètres autour de sa longueur de référence. La figure 5 montre quant à elle un troisième mode de réalisation de l'invention, se différenciant des modes de réalisation présentés précédemment principalement par le fait que le moteur permettant de régler l'écartement de la genouillère, et par voie de conséquence, la longueur de la bielle, est un vérin hydraulique 226. Bien évidemment, les puissances des éléments moteurs ainsi que les paramètres de filetage et autres, seront adaptés en fonction des efforts nécessaires, notamment ceux s'exerçant sur la bielle pour transmettre la force motrice résultant de l'explosion au vilebrequin. Ce dimensionnement est à la portée de l'homme du métier. On notera notamment que les éléments moteurs doivent notamment résister au moins à une température de 150 à 200°C qui est la température de l'huile moteur. Ils doivent également pouvoir résister à la force centrifuge car ils sont comme la bielle entraînés en rotation par le vilebrequin. Ils posséderont également avantageusement un couple moteur élevé mais qui pourra être démultiplié. Les bras 13, 14 ainsi que les pivots de liaison 15, 17, 19 devront 15 également posséder une résistance permettant le transfert de la force motrice de l'explosion vers le vilebrequin. On notera également que la présente invention permet un réglage du taux de compression indépendant pour chaque cylindre. Bien que l'invention ait été décrite avec un exemple particulier de 20 réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. ti REVENDICATIONS1- Moteur thermique à explosion comprenant au moins un cylindre (1) abritant un piston (3) monté mobile en translation à l'intérieur dudit cylindre et relié à un vilebrequin (7) par l'intermédiaire d'au moins une bielle (9, 11), caractérisé en ce que la longueur d'extension entre un point d'attache de la bielle au piston et le vilebrequin est réglable, la bielle étant réalisée sous la forme d'au moins une genouillère (9, 11) à écartement réglable. 2- Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la genouillère est réalisée à partir d'au moins quatre biellettes (13, 14). 3- Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé en ce que les moyens de réglage de la longueur de la bielle comprennent au moins un moteur (24, 126, 226) et au moins un moyen de commande associé. 4- Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur de réglage (226) est un vérin hydraulique. 5- Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur de réglage est un moteur électrique (24). 6- Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moteur de réglage est un moteur hydraulique. 7- Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de réglage de la bielle comprennent au 30 moins une vis filetée (23) apte à être entraînée en rotation. 8- Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vis filetée (23) présente un double filetage inversé.