Brevet FR3031359A1 — publié le 20160708

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE OFFRANT UNE REDUCTION DES FROTTEMENTS ENTRE PISTON ET CYLINDRE [0001] L'invention a trait au domaine de l'automobile, et plus 5 précisément aux moteurs à combustion interne des véhicules automobiles. [0002] Un moteur à combustion interne comprend classiquement un cylindre muni d'une chemise dans laquelle un piston, de forme complémentaire à la chemise, est mobile suivant un mouvement de 10 translation le long d'un bord de la chemise. Le piston est relié à un arbre, mobile suivant un mouvement de rotation par rapport à un axe fixe relativement au cylindre et centré par rapport à un axe de révolution de la chemise, par le biais d'une bielle. [0003] Le rôle d'un tel dispositif est de transformer un mouvement de 15 translation du piston, initié par une combustion d'un mélange air carburant, en un mouvement de rotation continu réalisé par l'arbre. [0004] Cependant, ce dispositif engendre la présence d'un angle important entre la bielle et un axe primaire, colinéaire à la direction de translation du piston. Ledit angle produit un effort, latéral au 20 mouvement du piston, entre le piston et la chemise du cylindre. Ledit effort génère des bruits liés à des claquements du piston sur la chemise ainsi qu'un frottement important provoquant une usure prématurée du piston et/ou du cylindre. [0005] Il est connu de désaxer l'arbre afin de réduire l'angle formé 25 par la bielle et l'axe primaire. Ainsi, le document américain US 680,237, décrit un dispositif comprenant un balancier à point de pivot réglable, solidaire de la bielle, transformant un mouvement de translation du piston en un mouvement d'oscillation du balancier autour d'un axe fixe relativement au cylindre, et un coupleur, solidaire du balancier et de 30 l'arbre, transformant le mouvement d'oscillation du balancier en un mouvement de rotation continu de l'arbre. [0006] Un tel dispositif permet effectivement de réduire sensiblement l'angle formé par la bielle et l'axe primaire mais augmente considérablement la taille du cylindre. En effet, le balancier, le coupleur 35 ainsi que l'arbre appartiennent au cylindre ce qui complique l'agencement du moteur et des différents organes dans un véhicule automobile. Un tel dispositif complique également la maintenance des pièces placées à l'intérieur du cylindre. De plus, cette configuration ne permet pas d'établir précisément l'angle formé par la bielle et l'axe primaire afin de réduire efficacement les frottements entre le piston et la chemise du cylindre. [0007] Un premier objectif est de diminuer des frottements entre un piston et une chemise de cylindre. [0008] Un second objectif est de rendre un moteur à combustion interne plus silencieux. [0009] Un troisième objectif est de réduire l'encombrement du moteur à combustion interne. [0010] Un quatrième objectif est réaliser un véhicule automobile équipé d'un tel moteur à combustion interne. [0011] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un moteur à combustion interne comprenant : un cylindre définissant une chemise ; un piston mobile suivant un mouvement de translation le long d'un premier axe de la chemise ; une bielle, solidaire du piston, mobile suivant un mouvement de rotation par rapport au piston ; un balancier, solidaire de la bielle, mobile suivant un mouvement de rotation par rapport à la bielle autour d'un deuxième axe et autour d'un axe principal fixe relativement à la chemise, n'admettant aucun point d'intersection avec le premier axe, le deuxième axe étant sensiblement coïncident avec le premier axe de la chemise lorsque la distance entre le piston et l'axe principal est la plus grande suivant la direction du premier axe, le piston étant alors en position point mort haut, et l'axe principal étant positionné à une extrémité secondaire du balancier. [0012] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : le moteur à combustion interne comprend un tronc, solidaire du balancier, au moyen d'au moins une clavette primaire, mobile suivant le mouvement de rotation du balancier autour de l'axe principal ; le tronc comprend deux parties reliées entre elles par un déphaseur ; le moteur à combustion interne comprend un suiveur, solidaire du tronc, au moyen d'au moins une clavette tertiaire, mobile suivant le mouvement de rotation du tronc autour de l'axe principal ; le suiveur et le balancier décrivent un mouvement angulaire de même valeur ; le suiveur a une longueur variable ; le suiveur comprend une partie femelle solidaire de l'axe principal et une partie mâle reliée à un coupleur, la partie femelle et la partie mâle étant télescopiques pour permettre de faire varier la longueur du suiveur de sorte à ajuster une course du piston dans le cylindre et ainsi de contrôler une puissance développée par le moteur à combustion interne ; le cylindre comprend au moins deux chemises recevant chacune un piston, les pistons ayant un mouvement synchronisé ; le cylindre comprend au moins deux chemises recevant chacune un piston, chaque piston étant relié à un tronc distinct par une bielle et un balancier, les troncs étant couplés au moyen d'engrenages primaires engrenés ensemble, l'un des troncs portant, en outre, le suiveur relié à un volant moteur par un coupleur et une manivelle. [0013] Il est proposé, en deuxième lieu, un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne tel que présenté ci-dessus. [0014] D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne ; la figure 2 est une vue schématique en perspective du moteur à combustion interne ; la figure 3 est une vue schématique en perspective du moteur à combustion interne suivant un mode de réalisation différent ; la figure 4 est une vue en perspective d'un suiveur réglable du moteur à combustion interne ; la figure 5 est un schéma illustrant une chemise, un cylindre et une bielle reliée à un arbre désaxé (en trait pleins) ou à un arbre centré (en pointillé), le piston se trouvant dans une position Point Mort Haut ; la figure 6 est un schéma semblable à la figure 5, tel que le piston se trouve à mi-course entre le Point Mort Haut et une position Point Mort Bas ; la figure 7 est un schéma semblable aux figures 5 et 6, tel que le piston se trouve au Point Mort Bas ; la figure 8 est un schéma semblable aux figures 5, 6 et 7, tel que le piston se trouve à mi-course entre le Point Mort Bas et le Point Mort Haut. la figure 9 est une vue schématique en perspective de dessus d'une variante du moteur de la figure 1 ; la figure 10 est une vue schématique en coupe d'une autre variante du moteur de la figure 1. [0015] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 automobile équipé d'un moteur 2 à combustion interne comprenant un arbre 3 désaxé. [0016] Sur les figures 2 et 3 est illustré le moteur 2 à combustion interne comprenant un cylindre 4 dont la forme peut être tortueuse pour occuper le moins d'espace possible et s'adapter à l'espace dévolu entre d'autres organes. Pour simplifier, on suppose que la forme du cylindre 4 est globalement parallélépipédique, celle-ci comprenant une paroi 5 inférieure et une paroi 6 supérieure en regard, et des parois 7 latérales qui relient la paroi 5 inférieure à la paroi 6 supérieure. [0017] Le cylindre 4 comprend également deux chemises 8 de forme cylindriques alignées par rapport aux parois 7 latérales, débouchant de la paroi 5 inférieure et la paroi 6 supérieure. Les deux chemises 8 définissent chacune un premier axe 9 de révolution. [0018] Le moteur 2 comprend deux pistons 10 de forme complémentaire aux chemises 8, mobiles suivant un mouvement de translation dans chacune des chemises 8. Le mouvement du piston 10 est initié par une combustion d'un mélange air carburant. [0019] Le moteur 2 comprend deux bielles 11, solidaires de chacun des pistons 10 à une première extrémité 12 des bielles 11, mobiles suivant un mouvement de rotation par rapport aux pistons 10. [0020] L'arbre 3 est mobile suivant un mouvement de rotation autour d'un axe 13 principal fixe relativement au cylindre 4, n'admettant aucun point d'intersection avec le premier axe 9. [0021] L'arbre 3 comprend deux balanciers 14, chacune solidaire d'une bielle 11 à une deuxième extrémité 15 des bielles 11 et à une extrémité 17 primaire des balanciers 14. Les balanciers 14 sont mobiles suivant un mouvement de rotation par rapport aux bielles 11 autour d'un deuxième axe 16 et par rapport à un tronc 18. Les balanciers 14 sont solidaires du tronc 18 à une extrémité 19 secondaire. [0022] Le tronc 18, de forme globale cylindrique, est mobile suivant un mouvement de rotation autour de l'axe 13 principal. Les balanciers 14 et le tronc 18 comprennent respectivement deux encoches 20 primaires et deux encoches 21 secondaires de forme globale parallélépipédique. Les encoches 20 primaires et les encoches 21 secondaires se situent respectivement sur l'extrémité 19 secondaire des balanciers 14 et sur toute une longueur du tronc 18 parallèlement à l'axe 13 principal, symétriquement opposées par rapport à un diamètre de l'extrémité 19 secondaire des balanciers 14 et par rapport à un diamètre du tronc 18. [0023] Lorsque les encoches 20 primaires sont en regard des encoches 21 secondaires, des clavettes 22 primaires de forme complémentaire à la jonction des encoches 20 primaires et des encoches 21 secondaires sont aptes à être emboîtées dans celles-ci. Les clavettes 22 primaires bloquent le mouvement de rotation des balanciers 14 par rapport au tronc 18 permettant de régler une synchronisation des pistons 10 en fonction de l'emplacement des encoches 20 primaires sur l'extrémité 19 secondaire du balancier 14. [0024] L'arbre 3 est alors apte à effectuer un mouvement d'oscillation autour de l'axe 13 principal suivant le mouvement de translation des pistons 10 par le biais des bielles 11. [0025] Le moteur 2 à combustion interne comprend en outre un mécanisme 23 à quatre barres mobile suivant un mouvement de rotation 30 par rapport au tronc 18 et autour d'un axe 24 secondaire fixe relativement au cylindre 4. [0026] Le mécanisme 23 à quatre barres comprend un suiveur 25 muni de deux pièces identiques. Le suiveur 25 est mobile suivant un mouvement de rotation par rapport au tronc 18. Le suiveur 25 est 35 solidaire du tronc 18 en une queue 26. [0027] Le suiveur 25 comprend deux encoches 27 tertiaires de forme globale parallélépipédique située sur la queue 26, symétriquement opposées par rapport à un diamètre de la queue 26. Lorsque les encoches 27 tertiaires sont en regard des encoches 21 secondaires du tronc 18, deux clavettes 28 tertiaires de forme complémentaire à la jonction des encoches 27 tertiaires et des encoches 21 secondaires sont aptes à être emboîtées dans celles-ci. Les clavettes 28 tertiaires bloquent le mouvement de rotation du suiveur 25 par rapport au tronc 18 permettant au suiveur 25 de suivre le mouvement d'oscillation des balanciers 14. [0028] Le mécanisme 23 à quatre barres comprend un coupleur 29 solidaire du suiveur 25, mobile suivant un mouvement de rotation par rapport au suiveur 25 et par rapport à une manivelle 30. [0029] La manivelle 30, solidaire du coupleur 29, est mobile suivant un mouvement de rotation par rapport au coupleur 29 et autour de l'axe 24 secondaire. [0030] Le moteur 2 comprend un volant 31 moteur solidaire de la manivelle 30, mobile suivant le mouvement de rotation de la manivelle 30 autour de l'axe 24 secondaire. Le volant 31 moteur a une forme globale de roue crantée permettant de transmettre le mouvement de rotation de la manivelle 30 vers des roues motrices du véhicule 1 automobile. [0031] Les figues 5 à 8 illustrent schématiquement la comparaison entre le mouvement suivit par le deuxième axe 16 de rotation de la bielle 11 avec le balancier 14 lorsque l'axe 13 principal n'admet aucun point d'intersection avec le premier axe 9, représenté en trait mixte par une trajectoire 32 désaxée, et lorsque l'axe 13 principal de rotation de l'arbre 3 est centré sur le premier axe 9 de la chemise 8 du cylindre 4, représenté en trait mixte et pointillé par une trajectoire 33 centrée. La trajectoire 33 centrée correspond à la trajectoire suivie par une bielle selon un moteur standard. [0032] Le mouvement suivit par le deuxième axe 16 représenté par la trajectoire 32 désaxée ainsi que le mouvement représenté par la trajectoire 33 centrée sont réalisés avec une bielle 11 de longueur identique. [0033] La bielle 11 et le balancier 14 représentant la trajectoire 32 désaxée sont représentés en traits pleins. La bielle 11 et le balancier 14 représentant la trajectoire 33 centrée sont représentés en traits mixtes. [0034] La trajectoire 32 désaxée et la trajectoire 33 centrée forment respectivement un arc de cercle et un cercle sécants, de rayon respectif R et r, dont leurs centres sont séparés d'une distance d. [0035] Les figures 5 et 7 illustrent respectivement le piston 10 en position Point Mort Haut et Point Mort Bas. On remarque, pour chacun des cas que, lorsque l'axe 13 principal est désaxé et lorsque l'axe 13 principal est centré, la bielle 11 est rigoureusement dans la même position. La course du piston 10 est donc rigoureusement la même. [0036] En revanche, sur les figures 6 et 8, un angle A et un angle A' représentant respectivement l'angle entre le premier axe 9 et la bielle 11 lorsque l'axe 13 principal est désaxé et lorsque l'axe 13 principal est centré, sont différents. [0037] En effet, les figure 6 et 8 illustrent un triangle LMN dont le point L est défini par le centre de la trajectoire 33 centrée, le point M est défini par une intersection entre la trajectoire 32 désaxée et une droite passant par le centre de la trajectoire 32 désaxée et le centre de la trajectoire 33 centré, le point N est défini par une intersection entre la trajectoire 32 désaxée et la trajectoire 33 centrée. Le triangle LMN est rectangle au niveau de l'angle formé par des segments LN et LM et comprend un angle B, formé par des segments LM et MN, restreint par des positions extrêmes de la trajectoire 32 désaxée. La position de la trajectoire 32 désaxée est comprise entre une position confondue avec la trajectoire 33 centrée, définissant le triangle LMN comme isocèle rectangle et l'angle B égale à 714, et une position de la trajectoire 32 désaxée où le point M est confondu avec le point L, définissant le triangle LMN comme plat et l'angle B égale à 7i-, d'où : IT IT [0038] -2 > B>- (A) - 4 [0039] Or, d'après les équations trigonométriques appliquées au triangle LMN : [0040] tan B= IILMII [0041] tan B = [0043] En appliquant ce résultat à l'inéquation (A) on obtient : IT 7 > tan-1 -r > [0044] R-d - 4 R-d [0042] B= tan-1- r R-d IT IT [0045] tan- > - > tan7 2 R-d - [0046] Rr d 1 [0047] r > R - d (B) [0048] De plus, d'après les équations trigonométriques appliquées à un triangle LMO dont le point 0 est défini par une intersection entre le premier axe 9 et la bielle 11 lorsque l'axe 13 principal est désaxé : [0049] sinA = 1"11 won R-d [0050] sinA = (C) won [0051] Et, d'après les équations trigonométriques appliquées à un triangle LM'O' dont le point 0' est défini par une intersection entre le premier axe 9 et la bielle 11 lorsque l'axe 13 principal est centré : [0052] sinA' - IlLmill llm'o'll [0053] sinA' = r (D) llwoll [0054] Or, la longueur 11M011 de la bielle 11 lorsque l'axe 13 principal est désaxé est égale à la longueur 11M'O'll de la bielle 11 lorsque l'axe 13 principal est centré. [0055] En utilisant l'inéquation (B) on obtient donc : R-d [0056] won (E) - [0057] En combinant l'inéquation (E) avec les équations (C) et (D) on obtient : [0058] sinA' > sinA (F) [0059] Or, la valeur des angles A et A' est restreinte par l'agencement du piston 10, de la bielle 11 et de l'arbre 3 tel que : IT [0060]> - A > 0 (G) 2 - IT [0061]>> - 0 (H) 2 - - [0062] En combinant les inéquations (F), (G) et (H) on obtient : [0063] A' > A [0064] Le résultat précédent montre que l'angle A formé entre la bielle 11 et le premier axe 9 lorsque l'axe 13 principal est désaxé est plus petit que l'angle A' formé lorsque l'axe 13 principal est centré. [0065] Une force latérale induite par la bielle 11 provoquant des frottements est donc moins importante lorsque l'axe 13 principal est désaxé. [0066] Suivant un mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4, le suiveur 25 du mécanisme 23 à quatre barres a une longueur réglable afin de permettre un réglage de la course des pistons 10 et ainsi de contrôler une puissance développée par le moteur 2. [0067] A cet effet, le suiveur 25 comprend deux parties 34, 35 télescopiques à savoir une partie 34 femelle solidaire du tronc 18 et une partie 35 mâle reliée au coupleur 29. [0068] Le mouvement relatif de la partie 34 femelle par rapport à la partie 35 mâle est réalisé, par exemple, par un moyen mécanique, un moyen électrique ou un moyen hydraulique. La commande du moyen permettant de régler la longueur du suiveur 25 est réalisée par un calculateur (non représenté) qui analyse des sollicitations du moteur 2 pour générer et envoyer un ordre de déploiement ou de repliement au suiveur 25. [0069] Suivant un mode de réalisation représenté sur la figure 3, le tronc 18 comprend deux demi-axes reliés entre eux par un déphaseur 36, l'un des demi-axes étant solidaire des balanciers 14 et l'autre demi-axe étant solidaire du suiveur 25. Le déphaseur 36 a pour effet de décaler l'angle de rotation entre les deux demi-axes ce qui permet de modifier le taux de compression dans chaque cylindre 4 pour améliorer le rendement moteur 2, en complément ou en substitution du réglage de la longueur du suiveur 25. [0070] Selon un mode de réalisation représenté sur la figure 9, Le moteur 2 à combustion interne comprend un cylindre 4 comprenant deux chemises 18 dans chacune desquelles deux pistons 10 sont mobiles suivant un mouvement opposé de translation le long d'un premier axe 9. Chaque piston 10 est relié à un ensemble bielle 11, balancier 14, tronc 18 et engrenage 37 primaire. Les engrenages 37 primaires relient deux à deux les quatre troncs 18. Des engrenages 38 secondaires symétrisent le mouvement des deux groupes de deux engrenages 37 primaires. Les engrenages 38 secondaires sont solidaires d'un mécanisme 23 à quatre barres permettant de transformer un mouvement d'oscillation créé par les pistons 10 sur les troncs 18 en un mouvement de rotation. [0071] Selon un mode de réalisation représenté sur la figure 10, le moteur 2 à combustion interne comprend deux cylindres 4 opposés comprenant chacun deux chemises 18 dans chacune desquelles un piston 10 est mobile suivant un mouvement de translation le long d'un premier axe 9. Chaque piston 10 est relié à un ensemble bielle 11, balancier 14, tronc 18 et engrenage 37 primaire. Les engrenages 37 primaires relient les quatre troncs 18 de manière à symétriser le mouvement des pistons 10. Les engrenages 38 primaires sont solidaires d'un mécanisme 23 à quatre barres, non représenté, permettant de transformer un mouvement d'oscillation créé par les pistons 10 sur les troncs 18 en un mouvement de rotation. REVENDICATIONS1. Moteur (2) à combustion interne comprenant : un cylindre (4) définissant une chemise (8) ; un piston (10) mobile suivant un mouvement de translation le long d'un premier axe (9) de la chemise (8) ; une bielle (11), solidaire du piston (10), mobile suivant un mouvement de rotation par rapport au piston (10) ; un balancier (14), solidaire de la bielle (11), mobile suivant un mouvement de rotation par rapport à la bielle (11) autour d'un deuxième axe (16) et autour d'un axe (13) principal fixe relativement à la chemise (8), n'admettant aucun point d'intersection avec le premier axe (9), le deuxième axe (16) étant sensiblement coïncident avec le premier axe (9) de la chemise (8) lorsque la distance entre le piston (10) et l'axe (13) principal est la plus grande suivant la direction du premier axe (9), le piston (10) étant alors en position point mort haut, ce moteur (2) étant caractérisé en ce que l'axe (13) principal est positionné à une extrémité (19) secondaire du balancier (14). 2. Moteur (2) à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un tronc (18), solidaire du balancier (14), au moyen d'au moins une clavette (22) primaire, mobile suivant le mouvement de rotation du balancier (14) autour de l'axe (13) principal. 3. Moteur (2) à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tronc (18) comprend deux parties reliées entre elles par un déphaseur (36). 4. Moteur (2) à combustion interne selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend un suiveur (25), solidaire du tronc (18), au moyen d'au moins une clavette (28) tertiaire, mobile suivant le mouvement de rotation du tronc (18) autour de l'axe (13) principal. 5. Moteur (2) à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que le suiveur (25) et le balancier (14) décrivent un mouvement angulaire de même valeur. 6. Moteur (2) à combustion interne selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le suiveur (25) a une longueur variable. 7. Moteur (2) à combustion interne selon la revendication 6, caractérisé en ce que le suiveur (25) comprend une partie (34) femelle solidaire de l'axe (13) principal et une partie (35) mâle reliée à un coupleur (29), la partie (34) femelle et la partie (35) mâle étant télescopiques pour permettre de faire varier la longueur du suiveur (25) de sorte à ajuster une course du piston (10) dans le cylindre (4) et ainsi de contrôler une puissance développée par le moteur (2) à combustion interne. 8. Moteur (2) à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cylindre (4) comprend au moins deux chemises (8) recevant chacune un piston (10), les pistons (10) ayant un mouvement synchronisé. 9. Moteur (2) à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le cylindre (4) comprend au moins deux chemises (8) recevant chacune un piston (10), chaque piston (10) étant relié à un tronc (18) distinct par une bielle (11) et un balancier (14), les troncs (18) étant couplés au moyen d'engrenages (37) primaires engrenés ensemble, l'un des troncs (18) portant, en outre, le suiveur (25) relié à un volant (31) moteur par un coupleur (29) et une manivelle (30). 10. Véhicule (1) automobile équipé d'un moteur (2) à combustion interne selon l'une des revendications précédentes.