Brevet FR2984442A1 — publié le 20130621

SYSTEME DE MODULATION D'AMPLITUDE D'UN PISTON [001] L'invention concerne un système de modulation d'amplitude d'un piston. [002] Usuellement, dans un véhicule automobile à moteur à combustion, certaines pompes telles que la pompe à carburant du type essence possèdent un organe mobile dont le déplacement est réalisé en rythme avec le cycle thermodynamique du moteur à combustion. Dans le cas d'un véhicule hybride qui comprend, outre le moteur à combustion, un moteur électrique, dans les phases de récupération (correspondant à un freinage ou une décélération), l'énergie cinétique du véhicule entraîne le moteur électrique utilisé comme générateur pour recharger des batteries. [3] Un nombre important d'accessoires du moteur à combustion sont traditionnellement entraînés par ce dernier, notamment via une courroie d'accessoires, ce qui entraîne, dans les phases de récupération, une perte de rendement de la récupération de l'énergie cinétique. [4] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. [5] Selon un premier aspect, l'invention porte sur un système de modulation d'amplitude d'un piston entraîné en translation selon une direction de translation par une tige qui est montée en rotation autour d'un axe de rotation perpendiculaire à la direction de translation et coupant cette direction, le système comprenant : - une couronne dentée centrée sur l'axe de rotation, montée en rotation autour de cet axe, et dont le rayon est égal au double de la longueur de la tige, - un pignon engrené à la face intérieure de la couronne dentée et monté en rotation autour d'un centre qui est formé par une extrémité de la tige opposée au centre de la couronne, et -une bielle qui est montée pivotante au piston et à une périphérie du pignon. [006] Ainsi, du fait de la valeur égale à 2 du rapport de rayon de la couronne dentée sur le rayon du pignon, à une mise en rotation sans glissement du pignon autour de la couronne dentée correspond à un déplacement rectiligne le long d'un diamètre de la couronne dentée du point de liaison entre le pignon et la bielle. Un changement d'orientation de la couronne dentée entraîne donc un changement d'orientation du déplacement rectiligne du point de liaison et, selon l'orientation du déplacement rectiligne par rapport à la direction de translation du piston, un changement d'amplitude du mouvement du piston et de l'importance des frottements générés par ce déplacement. En conséquence, pour augmenter le rendement de la récupération de l'énergie cinétique, il suffit d'orienter la couronne dentée de sorte que la direction rectiligne de déplacement du point de jonction soit perpendiculaire à la direction de translation du piston. [007] Selon un mode de réalisation particulier, le système de modulation comprend un actionneur adapté à entraîner la rotation de la couronne dentée. [008] Selon un second aspect, la présente invention porte sur un groupe de pompage comprenant une pompe à carburant (essence) ayant pour organe mobile un piston adapté à être entraîné de façon synchronisée avec le cycle de combustion d'un moteur à combustion, et qui comprend un système de modulation conforme au premier aspect de l'invention, le système de modulation entraînant le piston de la pompe à essence, et la tige étant solidaire en rotation d'un arbre à came du moteur. [009] Selon d'autres aspects de l'invention, le groupe de pompage comprend non pas une pompe à carburant mais une pompe à huile ou une pompe à eau, ou encore une pompe à gaz, comme une pompe à air également connue sous le terme de pompe à vide, avec le même type de fonctionnement que le groupe de pompage avec pompe à carburant. [0010] L'invention s'applique ainsi à tout type de pompe, pompes à liquide de viscosité variable ou pompe à gaz. [0011] Selon un troisième aspect, la présente invention porte sur un ensemble de motorisation d'un véhicule hybride comprenant un moteur à combustion, un moteur électrique et un groupe de pompage avec une pompe à carburant, à huile, à eau ou à gaz. [0012] Selon un autre aspect de l'invention, la présente invention porte sur un ensemble de motorisation d'un véhicule comprenant un moteur à combustion, qui peut donc être le seul type de moyen motopropulseur du véhicule, et un groupe de pompage avec une pompe à huile, à eau ou à gaz. [0013] En effet, autant l'application de l'invention aux véhicules hybrides est appropriée spécifiquement pour les pompes à carburant, autant l'invention s'applique à tout type de motorisation, et tout particulièrement aux moteurs conventionnels à combustion interne quand il s'agit de pompes à huile, eau ou gaz. En effet, l'invention est avantageuse, dans le cas de moteurs conventionnels, pour des pompes à eau notamment: quand il fait très froid, l'invention permet de faire monter en température plus vite le moteur, et d'avoir un meilleur confort thermique dans l'habitacle plus vite. La situation est différente pour les pompes à huile, qui fonctionnent en permanence, sauf, dans le cas des véhicules hybrides, lorsqu'on passe en régime moteur électrique. L'invention s'applique aussi aux pompes à vide, que le moteur soit conventionnel, électrique ou hybride à combustion/électrique. [0014] Selon un quatrième aspect, la présente invention porte sur une utilisation/procédé de mise en oeuvre d'un groupe de pompage conforme au 2 9 84442 3 second aspect de la présente invention pendant une phase de travail thermique lors de laquelle le moteur à combustion est utilisé pour déplacer un véhicule, où la couronne dentée est maintenue immobile, et le pignon est orienté de sorte que le point de jonction de ce dernier avec la bielle se déplace 5 le long d'un diamètre de la couronne dentée parallèle à la direction de translation du piston. [0015] Selon un cinquième aspect, la présente invention porte sur une utilisation/un procédé de mise en oeuvre d'un groupe de pompage conforme au second aspect de la présente invention pendant une phase de récupération 10 d'énergie cinétique lors de laquelle l'entraînement d'un moteur électrique est utilisé pour recharger des batteries, où la couronne dentée est maintenue immobile, et le pignon est orienté de sorte que le point de jonction de ce dernier avec la bielle se déplace le long d'un diamètre de la couronne dentée perpendiculaire à la direction de translation du piston. 15 [0016] Selon un sixième aspect, la présente invention porte sur une utilisation/un procédé de mise en oeuvre d'un groupe de pompage conforme au second aspect de la présente invention pendant soit le changement d'une phase de travail thermique lors de laquelle le moteur à combustion est utilisé pour déplacer un véhicule à une phase de récupération d'énergie cinétique lors 20 de laquelle l'entraînement d'un moteur électrique est utilisé pour recharger des batteries, soit le changement de phases inverse, où la couronne dentée est entraînée en rotation sur 90°. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et 25 nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un système mécanique comprenant un piston, une tige et un système de modulation d'amplitude d'un piston conforme à la présente invention, le pignon étant orienté pour une phase de travail thermique, la tige étant dans une position angulaire 30 verticale oriente vers le haut ; - la figure 2 est une représentation schématique du système mécanique de la figurel, la tige ayant subie une rotation de 45° par rapport à sa position illustrée à la figure 1 ; - la figure 3 est une représentation schématique du système mécanique de 35 la figure 1, la tige ayant subie une rotation de 90° par rapport à sa position illustrée à la figure 1 ; - la figure 4 est une représentation schématique du système mécanique de la figure 1, le pignon étant orienté pour une phase de récupération d'énergie cinétique, la tige étant dans une position angulaire verticale 40 oriente vers le haut ; - la figure 5 est une représentation schématique du système mécanique de la figure 4, la tige ayant subie une rotation de 45° par rapport à sa position illustrée à la figure 4 ; - la figure 6 est une représentation schématique du système mécanique de la figure 4, la tige ayant subie une rotation de 90° par rapport à sa position illustrée à la figure 4 ; - la figure 7 est une représentation schématique du système mécanique des figures 1 et 4, la roue dentée étant en cours de rotation de façon à modifier l'orientation du pignon ; - la figure 8 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un système mécanique comprenant un piston, une tige et un système de modulation d'amplitude d'un piston conforme à la présente invention ; - la figure 9 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation d'un système mécanique comprenant un piston, une tige et un système de modulation d'amplitude d'un piston conforme à la présente invention ; et - la figure 10 est une vue de face du système mécanique de la figure 9. [0018] Les différentes figures illustrent un système mécanique qui comprend un piston 1 mobile en translation selon une direction de translation 2, une tige 3 montée en rotation autour d'une axe de rotation 4 perpendiculaire à la direction de translation 2 et coupant cette direction, et un système de modulation d'amplitude 5 adapté à moduler l'amplitude de mouvement du piston 1 entraîné par la tige 3. [0019] La tige 3 s'étend longitudinalement sur une certaine longueur et est délimitée longitudinalement par deux extrémités 6, 7, une première 6 située dans l'axe de rotation 4, et une seconde 7, à l'opposé. Dans le présent exemple, l'axe de rotation 4 est l'axe d'un arbre à cames d'un moteur à combustion, la tige 4 remplaçant une came pour commander le déplacement du piston 1. [0020] Le système de modulation d'amplitude 5 comprend une couronne dentée 8, un pignon 9 et une bielle 10. [0021] La couronne dentée 8 est centrée sur l'axe de rotation 4 et a un rayon égal au double de la longueur de la tige 3. La couronne dentée 8 est montée en rotation autour de l'axe de rotation 4 et est associée à un actionneur 11 qui permet d'entraîner sa rotation. En l'occurrence, afin d'assurer leur liaison, l'actionneur 11 comprend un bras 12 qui est orienté de façon à être tangent à une surface externe de la couronne dentée 8 et perpendiculaire à l'axe de rotation 4. Le bras 12 est en outre monté rotatif autour de son axe 13 et porte une vis sans fin 14 qui est engrené avec la couronne dentée 8. [0022] Le pignon 9 est centré sur la seconde extrémité 7 de la tige 3 et a un rayon égal à la longueur de la tige 3. Le pignon 9 est monté en rotation autour de la seconde extrémité 7 de la tige 3 et est engrené à la face intérieure de la couronne dentée 8. Ainsi le roulement du pignon denté 9 sur la couronne dentée forme une hypocycloïde avec un rapport des rayons égal à 2. Afin de permettre la liaison de la tige 3 au pignon 9, ces deux organes 3, 9 sont décalés l'un par rapport à l'autre selon l'axe de rotation 4 de la tige 3, comme illustré aux figures 8 et 9. [0023] La bielle 10 s'étend longitudinalement sur une certaine longueur et est délimitée longitudinalement par deux extrémités 15, 16, une première 15 par laquelle la bielle 10 est montée pivotante au piston 1, et une seconde 16 par laquelle la bielle 10 est montée pivotante à la périphérie du pignon 9. Afin de permettre la liaison de la bielle 10 au pignon 9, sans interférer avec la tige 3, la bielle 10 et le pignon 9 sont décalés l'un par rapport à l'autre selon l'axe de rotation 4 de la tige 3. De ce fait, la bielle 10 et la tige 3 sont disposées de chaque côté du pignon 9, la couronne dentée 8 étant dans le même plan que le pignon 9, et le piston 1 dans le même plan que la bielle 10. [0024] La rotation de la tige 3 autour de l'axe de rotation 4 entraîne le roulement du piston 9 le long de la couronne dentée 4 et donc le déplacement de la seconde extrémité 16 de la bielle 10. Du fait de la configuration relative du pignon et de la couronne dentée et du fait de la liaison de la seconde extrémité de la bielle 10 à la périphérie du pignon, la rotation de la tige 3 entraîne le déplacement de la seconde extrémité 16 de la bielle le long d'un diamètre de la couronne dentée 8. [0025] Dans le présent exemple, le système de modulation d'amplitude 5 fait partie intégrante d'un groupe de pompage qui comprend également une pompe à essence ayant pour organe mobile le piston 1 auquel est reliée la bielle 10. Ce piston 1 est adapté à être entraîné de façon synchronisée avec le cycle de combustion d'un moteur à combustion par la mise en rotation de la tige 3. qui est solidaire en rotation d'un arbre à came du moteur. La pompe à essence comprend également une chambre de compression 17 dans laquelle le piston est monté coulissant, la chambre de compression 17 définissant la direction de translation 2. Ce groupe de pompage fait partie, avec un moteur à combustion et un moteur électrique, d'un ensemble de motorisation d'un véhicule automobile hybride. [0026] Le fonctionnement du système de modulation est le suivant : [0027] Pendant une phase de travail thermique, c'est-à-dire quand le moteur à combustion est utilisé pour déplacer un véhicule, la couronne dentée 8 est maintenue immobile par l'actionneur 11, et le pignon 9 est orienté de sorte que la seconde extrémité 16 de la bielle 10 se déplace le long d'un diamètre de la couronne dentée 8 parallèle à la direction de translation 2 du piston 1, comme illustré aux figures 1 à 3. De ce fait, l'amplitude de déplacement du piston est égale au diamètre de la couronne dentée 8. [0028] Pendant une phase de récupération d'énergie cinétique, c'est à dire quand le moteur à combustion n'est plus utilisé pour déplacer le véhicule, la couronne dentée 8 est maintenue immobile par l'actionneur 11, le pignon 9 étant orienté de sorte que la seconde extrémité 16 de la bielle 10 se déplace le long d'un diamètre de la couronne dentée 8 perpendiculaire à la direction de translation 2 du piston 1, comme illustré aux figures 4 à 6. De ce fait, l'amplitude de déplacement du piston est minimale. De préférence, afin de minimiser l'amplitude de déplacement du piston 1, la longueur de la bielle 10 est au moins égale au diamètre de la couronne dentée 8 (donc, au moins quatre fois la longueur de la tige 3). [0029] Pour passer d'une phase à l'autre, l'actionneur 11 entraîne la couronne dentée en rotation sur 90°, ce qui entraîne donc la rotation de 90° du diamètre le log duquel se déplace la seconde extrémité 16 de la bielle 10, et la rotation du pignon 9 sur lui-même sur 180°, comme illustré par les figures 6, 7 et 3. [0030] Selon les dimensionnements de la pompe à essence, le système de modulation 5 peut correspondre notamment à l'un des deux modes de réalisation illustrés d'une part à la figure 8, et d'autre part aux figures 9 et 10. [0031] Pour des pompes à essence importantes, il est préférable d'utiliser le mode de réalisation de la figure 8 où la bielle 10 est en fait reliée à deux pignons 9 identiques qui l'encadrent, chaque pignon 9 étant engrené à une couronne dentée 8 qui lui est propre et entraîné par une tige 3 qui lui est également propre. De ce fait, les tensions mécaniques liées au décalage successif de la tige 3, le pignon 9 et la bielle 10 sont fortement diminuées. [0032] Pour des pompes à essence moins importantes, il est préférable de n'utiliser qu'un pignon 9, qu'une couronne dentée 8 et qu'une tige 3, afin de minimiser les frottements des organes mécaniques, notamment lors des phases de récupération d'énergie cinétique. REVENDICATIONS1. Système de modulation d'amplitude (5) d'un piston (1) entraîné en translation selon une direction de translation (2) par une tige (3) qui est montée en rotation autour d'un axe de rotation (4) perpendiculaire à la direction de translation (2) et coupant cette direction, le système (5) comprenant : - une couronne dentée (8) centrée sur l'axe de rotation (4), montée en rotation autour de cet axe (4), et dont le rayon est égal au double de la longueur de la tige (3), - un pignon (9) engrené à la face intérieure de la couronne dentée (8) et monté en rotation autour d'un centre qui est formé par une extrémité (7) de la tige (3) opposée au centre de la couronne (8), et - une bielle (10) qui est montée pivotante au piston (1) et à une périphérie du pignon (9). 2. Système de modulation d'amplitude (5) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un actionneur (11) adapté à entraîner la rotation de la couronne dentée (8). 3. Groupe de pompage comprenant une pompe à carburant, notamment à essence, ayant pour organe mobile un piston (1) adapté à être entraîné de façon synchronisée avec le cycle de combustion d'un moteur à combustion, caractérisé en ce qu'il comprend un système de modulation d'amplitude (5) selon l'une des revendications 1 ou 2, le système de modulation d'amplitude (5) entraînant le piston (1) de la pompe à carburant, et la tige (3) étant solidaire en rotation d'un arbre à came du moteur. 4. Groupe de pompage comprenant une pompe à huile ou à eau ayant pour organe mobile un piston (1) adapté à être entraîné de façon synchronisée avec le cycle de combustion d'un moteur à combustion, caractérisé en ce qu'il comprend un système de modulation d'amplitude (5) selon l'une des revendications 1 ou 2, le système de modulation d'amplitude (5) entraînant le piston (1) de la pompe à huile ou à eau, et la tige (3) étant solidaire en rotation d'un arbre à came du moteur. 5. Groupe de pompage comprenant une pompe à gaz, du type air, notamment pompe à vide, ayant pour organe mobile un piston (1) adapté à être entraîné de façon synchronisée avec le cycle de combustion d'un moteur à combustion, caractérisé en ce qu'il comprend un système de modulation d'amplitude (5) selon l'une des revendications 1 ou 2, le système demodulation d'amplitude (5) entraînant le piston (1) de la pompe à gaz, et la tige (3) étant solidaire en rotation d'un arbre à came du moteur. 6. Ensemble de motorisation d'un véhicule hybride comprenant un moteur à combustion, un moteur électrique et un groupe de pompage selon l'une des revendications 3 à 5. 7. Ensemble de motorisation d'un véhicule comprenant un moteur à combustion et un groupe de pompage selon l'une des revendications 4 ou 5. 10 8. Procédé de mise en oeuvre d'un groupe de pompage selon l'une des revendication 3 à 5 pendant une phase de travail thermique lors de laquelle le moteur à combustion est utilisé pour déplacer un véhicule, caractérisé en ce que la couronne dentée (8) est maintenue immobile, et le pignon (9) est 15 orienté de sorte que le point de jonction (16) de ce dernier avec la bielle (10) se déplace le long d'un diamètre de la couronne dentée (8) parallèle à la direction de translation (2) du piston (1). 9. Procédé de mise en oeuvre d'un groupe de pompage selon l'une des 20 revendication 3 à 5 pendant une phase de récupération d'énergie cinétique lors de laquelle l'entraînement d'un moteur électrique est utilisé pour recharger des batteries, caractérisé en ce que la couronne dentée (8) est maintenue immobile, et le pignon (9) est orienté de sorte que le point de jonction (16) de ce dernier avec la bielle (10) se déplace le long d'un 25 diamètre de la couronne dentée (8) perpendiculaire à la direction de translation (2) du piston (1). 10. Procédé de mise en oeuvre d'un groupe de pompage selon l'une des revendication 3 à 5 pendant soit le changement d'une phase de travail 30 thermique lors de le moteur à combustion est utilisé pour déplacer un véhicule à une phase de récupération d'énergie cinétique lors de laquelle l'entraînement d'un moteur électrique est utilisé pour recharger des batteries, soit le changement de phases inverse, caractérisé en ce que la couronne dentée (8) est entraînée en rotation sur 90°. 35