Brevet FR3022584A1 — publié le 20151225

La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne à double vilebrequin, notamment pour véhicules automobiles, et à un procédé pour faire varier le volume actif d'au moins un cylindre d'un tel moteur. Un tel moteur a la particularité, comme cela est mieux décrit dans le document FR 2 828 910, d'être un moteur avec un cycle de fonctionnement qui permet d'augmenter la course du piston lors de la phase de détente de manière à récupérer une quantité plus importante d'énergie générée par la détente des gaz de combustion. Cependant, le demandeur a pu remarquer qu'une phase de détente longue et lente n'est pas toujours bénéfique pour récupérer le maximum d'énergie et pour favoriser une augmentation du rendement sur des points particuliers de fonctionnement de ce moteur. En effet, ce type de phase de détente est propice à l'augmentation des pertes thermiques aux parois, ce qui ne peut que nuire au rendement du moteur. En outre et comme cela est généralement admis, le rendement maximal peut être atteint par une combustion isochore, ce qui demande une détente très lente après la position 0 afin de limiter au maximum l'évolution du volume pendant la combustion. Ceci a notamment pour inconvénient d'entraîner de fortes pressions et de fortes températures dans le cylindre au moment de la combustion, ce qui introduit non seulement une pénalité liée aux pertes aux parois mais aussi une contrainte concernant la tenue thermomécanique de la culasse. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci-dessus grâce à un procédé de contrôle du déroulement du cycle de fonctionnement du moteur qui permet de faire varier le volume du cylindre et notamment pendant la phase de détente de ce moteur pour un meilleur rendement et cela sans nécessiter de dispositifs complexes et coûteux. A cet effet, l'invention concerne un moteur à combustion interne avec une phase de détente prolongée, notamment pour véhicule automobile, comportant au moins un cylindre, un piston coulissant dans ce cylindre et relié à deux vilebrequins tournant sur un axe par un embiellage à au moins trois bielles, 3022584 2 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de blocage en rotation de l'un ou l'autre des vilebrequins. Les moyens de blocage peuvent être appliqués sur l'axe de rotation du 5 vilebrequin. Les moyens de blocage peuvent comprendre un dispositif de liaison placé sur une partie fixe du moteur et entre cette partie fixe et le vilebrequin. 10 Le dispositif de liaison peut comprendre un doigt de blocage et un actionneur pour la commande en déplacement de ce doigt. L'axe du vilebrequin peut porter des crans pour la coopération avec le doigt de blocage. 15 Les vilebrequins peuvent porter chacun une roue dentée reliée l'une avec l'autre par un mécanisme de jonction et les moyens de blocage peuvent être appliqués sur la roue dentée. 20 Le moteur peut comprendre des moyens de désaccouplement du mécanisme avec les roues dentées. Selon un autre aspect de l'invention, le procédé pour la variation de volume du cylindre d'un moteur peut consister à bloquer la rotation de l'un ou l'autre des 25 vilebrequins pour obtenir la variation de volume souhaitée du cylindre. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître maintenant à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : 30 - la figure 1 qui illustre un moteur à combustion interne à double vilebrequin et - la figure 2 qui illustre un graphique montrant la variation de volume du cylindre (cm3) en fonction de l'angle de vilebrequin (°Vil) selcn les différentes configurations de l'invention. 3022584 3 Sur la figure 1, le moteur à combustion interne, en particulier du type à allumage commandé ou par auto inflammation, comprend au moins un cylindre 10 à l'intérieur duquel se déplace un piston 12 en un mouvement de translation 5 alternative. Ce piston est relié à deux vilebrequins 14a, 14b sensiblement parallèles l'un avec l'autre et animés d'un mouvement de rotation autour de leurs axes de rotation 16a, 16b par un embiellage 18, ici à trois bielles. Cet embiellage comprend une bielle 20 reliée à l'axe de pivotement 22 du piston, une autre bielle 24 reliée à un maneton 26 du vilebrequin 14a et une dernière bielle 28 reliée à un 10 maneton 30 de l'autre vilebrequin 14b. Les extrémités libres de ces trois bielles s'articulent sur un même pivot 32. Avantageusement mais non obligatoirement, les deux vilebrequins portent chacun une roue dentée 34a, 34b reliées entre elles par un mécanisme de jonction 36 permettant d'entraîner les vilebrequins dans un même sens de rotation 15 ou dans un sens contraire, avec des vitesses de rotation égales ou différentes ainsi que de pouvoir réaliser un déphase angulaire d'un vilebrequin par rapport à l'autre. Tel qu'illustré uniquement à titre d'exemple sur la figure 1, les vilebrequins 20 ont un sens de rotation identique et des vitesses de rotation différentes. Le vilebrequin 14a, dit vilebrequin lent, a une vitesse de rotation plus petite que celle du vilebrequin 14b, dit vilebrequin rapide. Plus particulièrement, le vilebrequin rapide à une vitesse de rotation qui est le double de celle du vilebrequin lent. 25 Comme mieux décrit dans un des exemples de réalisation de la demande de brevet FR 2 828 910, le sens de rotation identique et les vitesses de rotation différentes des vilebrequins sont obtenus par un mécanisme de jonction qui comprend un engrenage ou un train d'engrenages reliant les deux roues dentées 34a, 34b. 30 De plus comme mieux visible sur la figure 1, ce moteur comprend des moyens de blocage en rotation de l'un ou l'autre des vilebrequins ainsi que des moyens de désaccouplement du mécanisme de jonction avec les roues dentées lorsque les moyens de blocage sont en action. 3022584 4 Ainsi, dans l'éventualité où le moteur comprend les vilebrequins dépourvus de roues dentées et de mécanisme de jonction, des moyens de blocage 38a, 38b, sont associés à chaque vilebrequin et comprennent un dispositif de liaison 40a, 5 40b placé sur une partie fixe du moteur et entre cette partie fixe et le vilebrequin 14a, 14b. Ce dispositif comprend un doigt de blocage 42a, 42b soumis à un déplacement en direction de l'axe de rotation 16a, 16b par un actionneur 44a, 44b, comme un actionneur électrique, hydraulique ou pneumatique. Ce doigt est prévu pour coopérer avec des cavités, comme des crans 46a, 46b, prévus sur la 10 périphérie de l'axe de rotation du vilebrequin en étant de forme complémentaire de celle du doigt. Dans la configuration selon laquelle les vilebrequins portent les roues dentées 34a, 34b reliées entre elles par le mécanisme de jonction 36, les moyens 15 de blocage en rotation 38a et 38b sont combinés à des moyens de désaccouplement 48 permettant d'interrompre la liaison par engrènement entre les roues dentés des vilebrequins et ce mécanisme. Les moyens de blocage en rotation comprennent avantageusement un dispositif de liaison semblable à celui décrit ci-dessus avec un doigt 42a, 42b 20 soumis à un déplacement en direction de la roue dentée 34a, 34b par un actionneur 44a, 44b. Ce doigt coopère de manière préférentielle avec les dents 50a, 50b des roues dentées 34a, 34b. A titre uniquement d'exemple, les moyens de désaccouplement 48 comprennent une semelle fixe 52 à laquelle est attaché un organe de commande 25 en déplacement 54 du mécanisme de jonction, comme un vérin. Le mécanisme de jonction repose de manière mobile sur cette semelle en étant relié à l'organe de commande en déplacement, ici à la tige du vérin, de façon à être déplacé dans une position active (traits pleins) où ce mécanisme engrène avec les roues dentées ou en position inactive (traits en pointillés) où ce mécanisme n'est plus en 30 contact avec les roues. On se rapporte maintenant à la figure 2 qui illustre la variation du volume du cylindre, qui est délimité par le haut du piston et le haut du cylindre fermé par la culasse, et cela durant les différents modes de fonctionnement du moteur. 3022 5 84 5 Dans la mode de fonctionnement de base (vilebrequins non bloqués), la variation du volume du cylindre suit la courbe DP. Dans cette configuration, le volume de la phase de compression est 5 légèrement supérieur à celle de la phase d'admission. Ainsi, pour la phase de d'admission, le volume passe d'environ 180 cm3 à environ 450 cm3, soit un volume d'environ 270 cm3, avec une progression d'angle de vilebrequin d'environ 0°Vil à environ 160°Vil alors que, pour la phase de compression, ce volume va d'environ 450 cm3 à environ 90 cm3 (soit un volume d'environ 360 cm3) avec un angle 10 évoluant d'environ 160°Vil à environ 320°Vil. Durarb la phase de détente (d'environ 320 °Vil à environ 560°Vil), le volume et supérieur à ceux des phases d'admission et de compression, puisque ce volume passe d'environ 90 cm3 à environ 750 cm3 ce qui correspond à un volume d'environ 660 cm3. Pendant la phase d'échappement, avec un angle de vilebrequin progressant d'environ 560 °Vil 15 à environ 720°Vil, le volume varie d'environ 750 cm3 à environ 180 cm3 (soit 570 cm3). Durant ce mode de fonctionnement, le moteur permet de réaliser une phase de détente prolongée avec un volume important de gaz de combustion. 20 Lorsque l'on souhaite un fonctionnement du moteur avec des phases qui se rapprochent de celles d'un moteur conventionnel, les moyens de blocage 38a sont actionnés pour bloquer la rotation du seul vilebrequin lent 14a. Dans l'arrangement où le moteur est dépourvu de roues dentées sur les vilebrequins, ce blocage se réalise par la coopération du doigt 42a avec un cran 25 46a de l'axe 16a. Pour un arrangement pour lequel les vilebrequins portent des roues dentées et pour lequel un mécanisme de jonction relie ces roues dentées, le blocage se réalise, soit par la coopération du doigt 42a avec un cran 46a de l'axe 16a, comme précédemment décrit, soit par la coopération du doigt 42a avec une dent 50a de la 30 roue 34a. Concomitamment à ce blocage du vilebrequin lent, les moyens de désaccouplement 48 sont rendus opérationnels par la mise en action du vérin 54 qui déplace le mécanisme de jonction 36 jusqu'à la position illustrée en trait pointillés en interrompant ainsi la liaison entre les deux roues dentées 34a, 34b. 3022 5 84 6 De ce fait, la roue dentée 34b peut librement tourner sans entraîner l'autre roue dentée et le pivot d'articulation 32 se déplace selon l'arc de cercle a de rayon correspondant à la longueur de la bielle 24. 5 Comme visible sur le figure 2 par la courbe référencée L, le volume du cylindre est sensiblement égal durant les quatre phases du moteur, soit un volume de 590 cm3. Pour la phase admission (environ 0°Vil à environ 1E0°Vil), compression (environ 160°Vil à environ 360°Vil), détente (envion 360°Vil à environ 500°Vil) et 10 échappement (environ 500°Vil à environ 720°Vil), levolume du cylindre passe de 190 cm3 à 780 cm3 alors que les intervalles des angles de vilebrequin varient légèrement (160°Vil pour la phase admission, 200°Mi pour la phase compression, 140 ° Vil pour la phase détente et 220 °Vil pour la plaise échappement. Grâce à ce fonctionnement, il est alors possible d'adapter la phase de 15 détente au point de fonctionnement du moteur. Pour le fonctionnement du moteur avec la variation de volume correspondant à la courbe R, uniquement le vilebrequin rapide 14b est bloqué en rotation. Comme précédemment mentionné pour le vilebrequin lent, les moyens de 20 blocage 38b associés, si nécessaire, aux moyens de désaccouplement 48 sont opérationnels. Dans ce mode de fonctionnement, le pivot d'articulation 32 se déplace selon l'arc de cercle b de rayon correspondant à la longueur de la bielle 28. Par cela, la variation de volume est quasiment identique pour les quatre 25 phases du moteur en passant de 20 cm3 à 580 cm3, soit 560 cm3. Le point essentiel qui différencie cette variation de volume de celle de la courbe L provient des angles de vilebrequin pour le début et la fin de ces phases. Ainsi, la variation de volume pour la fin de la phase d'admission et le début de la phase de compression est à environ 210°Vil abrs que pour les courbes DP 30 et L elle était à environ 160°Vil. La fin de la variation de volume pour la phase de compression (à environ 320 °Vil) suit un palier pendant un intervalle de 80 °Vil puis, à environ 400°Vil, la variation de volume pour la phase de détente débute. Cette variation se poursuit pendant 180°Vil (jusqu'au 580°Vil) pour arriver à la variation du volume de la phase d'échappement qui se terme à environ 720 °Vil. 3022584 7 Dans ce mode de fonctionnement, il est possible de réaliser un palier dans la variation de volume à la fin de la phase de compression, ce qui ne peut qu'être favorable à la réalisation d'un mélange carburé homogène. De plus, le faible volume en fin de phase de compression permet de générer 5 un fort rapport de compression, ce qui a un intérêt non négligeable pour les faibles charges. Bien entendu, il est à la portée de l'homme de métier de déterminer l'angle auquel sera bloqué le vilebrequin lent ou rapide et cela en fonction des 10 performances recherchées. REVENDICATIONS1) Moteur à combustion interne à double vilebrequin, notamment pour véhicule automobile, comportant au moins un cylindre (10), un piston (12) coulissant dans ce cylindre et relié à deux vilebrequins (14a, 14b) tournant sur un axe (16a, 16b) par un embiellage (18) à au moins trois bielles (20, 24, 28), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de blocage en rotation (38a, 38b) de l'un ou l'autre des vilebrequins (14a, 14b). 2) Moteur à combustion interne selon les revendications 1, caractérisé en ce que les moyens de blocage sont appliqués sur l'axe de rotation (16a, 16b) du vilebrequin (14a, 14b). 3) Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de blocage comprennent un dispositif de liaison (40a, 40b) placé sur une partie fixe du moteur et entre cette partie fixe et le vilebrequin (14a, 14b). 4) Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de liaison comprend un doigt de blocage (42a, 42b) et un actionneur (44a, 44b) pour la commande en déplacement de ce doigt. 5) Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe (16a, 16b) du vilebrequin (14a, 14b) porte des crans (46a, 46b) pour la coopération avec le doigt (42a, 42b). 6) Moteur à combustion interne selon la revendication 1, dans lequel les vilebrequins (14a, 14b) portent chacun une roue dentée (34a, 34b) reliée l'une avec l'autre par un mécanisme de jonction (36), caractérisé en ce que les moyens de blocage sont appliqués sur la roue dentée (34a, 34b). 7) Moteur à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de désaccouplement (48) du mécanisme (36) avec les roues dentées (34a, 34b). 3022584 9 8) Procédé pour la variation de volume actif du cylindre d'un moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à bloquer la rotation de l'un ou l'autre des vilebrequins pour obtenir la variation de volume 5 souhaitée du cylindre.