Brevet FR3034811A1 — publié le 20161014

- 1 - Moteur à combustion interne équipé d'un arbre d'équilibrage Description La présente invention concerne le domaine technique des moteurs à combustion interne équipés d'arbres d'équilibrage. Il est connu d'équiper les moteurs à combustion interne de systèmes d'équilibrage, qui permettent de compenser les vibrations du moteur dues au déplacement des pistons lors des explosions dans des cylindres. Le but est de prodiguer au conducteur d'un véhicule équipé d'un tel moteur à combustion interne une amélioration du confort de conduite. Un moteur à combustion interne comprend parfois un seul arbre d'équilibrage, mais plus généralement deux arbres d'équilibrage entraînés en rotation en opposition de phase par une roue dentée du vilebrequin du moteur à combustion interne, le vilebrequin étant mis en rotation par le mouvement des pistons. Les arbres d'équilibrages comprennent généralement au moins une masse excentrée, qui occasionne des charges radiales et axiales qui croissent avec la vitesse de rotation des arbres d'équilibrage. Les arbres d'équilibrage sont généralement montés dans des supports du moteur à combustion interne via des roulements dans lesquels sont définies des pistes de roulements pour des billes, des aiguilles ou des rouleaux. Il est connu notamment de US-A-2011/0247581 d'équiper les arbres d'équilibrage de roulements à une seule rangée de billes. Cependant, les vibrations dues au déplacement des pistons ne sont importantes qu'a certains régimes particuliers du moteur à combustion interne. En effet, le nombre d'acyclismes moteur est plus important à faible régime moteur et les arbres d'équilibrage ont alors une grande utilité. Mais à plus haut régime moteur, les arbres d'équilibrage n'ont quasiment plus de vibrations à compenser. Les arbres d'équilibrage représentent un coût supplémentaire du moteur à combustion interne, en augmentent le poids, augmentent les frictions 3034811 - 2 - internes et donc augmentent la consommation en carburant du moteur durant son utilisation, alors que lesdits arbres d'équilibrage ne servent pas continuellement. C'est à ces problèmes qu'entend plus particulièrement répondre 5 l'invention en proposant un nouveau moteur à combustion interne comprenant au moins un arbre d'équilibrage ayant une utilisation optimisée. A cet effet, l'invention concerne un moteur à combustion interne comprenant au moins un arbre d'équilibrage supporté en rotation de manière libre dans un bâti du moteur à combustion interne par au moins un 10 roulement. Conformément à l'invention, l'arbre d'équilibrage est entraîné en rotation directement ou indirectement par un moteur électrique, ledit moteur électrique contrôlant la rotation dudit arbre d'équilibrage en fonction de paramètres caractéristiques du moteur à combustion interne. 15 Grâce à l'invention, le moteur électrique peut permettre ou bloquer la rotation de l'arbre d'équilibrage selon des paramètres caractéristiques du moteur à combustion interne, en particulier le régime moteur. Dans une gamme spécifique à faible régime moteur, le moteur électrique permet l'entraînement en rotation de l'arbre d'équilibrage afin de filtrer les 20 vibrations. Le confort de conduite du conducteur s'en retrouve amélioré. Dans une gamme spécifique à haut régime moteur, le moteur électrique empêche la rotation de l'arbre d'équilibrage, car sa mise en oeuvre est alors inutile. La friction due à l'arbre d'équilibrage n'est plus exercée. La consommation en carburant du moteur à combustion interne s'en retrouve 25 réduite. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel moteur à combustion interne peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible : 30 - Le moteur à combustion interne comprend un vilebrequin mis en rotation par le mouvement de pistons dans le moteur à combustion interne. - Le moteur électrique contrôle la rotation de l'arbre d'équilibrage, en particulier sa mise en rotation ou non et sa vitesse de rotation, en 3034811 - 3 - fonction de données relatives à la vitesse de rotation dudit vilebrequin transmises au moteur électrique. - Le vilebrequin est équipé d'un capteur de vitesse de rotation, ledit capteur transmettant en sortie des données relatives à la vitesse de 5 rotation dudit vilebrequin au moteur électrique. - Le capteur transmet en sortie des données relatives à la vitesse de rotation dudit vilebrequin au moteur électrique via au moins un moyen de connexion. Ce moyen de connexion peut être réalisé par un câble électrique, optique ou un moyen de communication sans fil, par 10 exemple RFID. - L'arbre d'équilibrage a une de ses portions en connexion directe avec le moteur électrique, ledit moteur électrique contrôlant de manière directe la rotation dudit arbre d'équilibrage en fonction de paramètres caractéristiques du moteur à combustion interne. 15 - L'arbre d'équilibrage comprend une roue dentée coopérant avec une roue dentée d'un pignon. - Le pignon est entraîné en rotation par le moteur électrique, ledit moteur électrique contrôlant la rotation dudit pignon en fonction de paramètres caractéristiques du moteur à combustion interne, la 20 rotation de l'arbre d'équilibrage étant contrôlée de manière indirecte par le moteur électrique - Le moteur à combustion interne comprend deux arbres d'équilibrage et un pignon inverseur interposé entre une première roue dentée d'un premier arbre d'équilibrage et une seconde roue dentée du second 25 arbre d'équilibrage, un des deux arbres d'équilibrage ou le pignon étant entraîné en rotation par le moteur électrique. - L'arbre d'équilibrage comporte une came en interaction avec un rouleau suiveur de came pour une pompe d'injection de carburant. L'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre d'un 30 moteur électrique conforme à l'un des modes de réalisation précédents. Un tel procédé de mise en oeuvre comprend les étapes successives suivantes : (a) De manière préalable, le moteur électrique est programmé pour entraîner en rotation un arbre d'équilibrage ou un pignon coopérant avec ledit arbre d'équilibrage dans au moins une gamme 3034811 - 4 - spécifique de valeurs de vitesse de rotation d'un vilebrequin du moteur à combustion interne. (b) Lorsque le vilebrequin est en rotation, une donnée relative à la vitesse de rotation du vilebrequin est transmise au moteur 5 électrique. (c) Si la valeur de la vitesse de rotation du vilebrequin est dehors d'une gamme spécifique de valeurs de vitesse pour laquelle le moteur électrique est programmé pour entraîner une rotation, le moteur électrique n'entraîne pas en rotation l'arbre d'équilibrage ou le 10 pignon inverseur avec lequel il coopère. (d) Si la valeur de la vitesse de rotation du vilebrequin est dans une gamme spécifique de valeurs de vitesse pour laquelle le moteur électrique est programmé pour entraîner une rotation, le moteur électrique entraîne en rotation l'arbre d'équilibrage ou le pignon 15 inverseur avec lequel il coopère à une vitesse de rotation égale à la vitesse de rotation du vilebrequin qui lui a été transmise. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisations d'un moteur à combustion interne conforme à 20 son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne selon un premier mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 2 est une représentation schématique d'un moteur à 25 combustion interne selon un second mode de réalisation de l'invention. Un moteur à combustion interne MC est représenté sur la figure 1. Le moteur MC comprend un bâti B. Le moteur à combustion interne M comprend un vilebrequin 2 et un premier arbre d'équilibrage 4 monté libre en rotation dans trois supports 7 du bâti B. Le bâti B peut également 30 consister en un carter, une caissette ou un module intégré au moteur à combustion interne MC. La rotation de l'arbre d'équilibrage 4 dans les supports 7 est permise par deux roulements 9 et 10 sur un premier côté de la roue dentée 40, et un troisième roulement 11 situé de l'autre côté d'une 3034811 - 5 - roue dentée 40 de l'arbre d'équilibrage 4 par rapport aux roulements 9 et 10. Dans ce mode de réalisation, le moteur à combustion interne MC comprend un second arbre d'équilibrage 12, comportant une roue dentée 5 120. L'arbre d'équilibrage 12 est monté libre en rotation dans trois supports 21 du bâti B. La rotation de l'arbre d'équilibrage 12 est permise par deux roulements 23 et 24 situés d'un premier côté de la roue dentée 120 et un troisième roulement 25 situé de l'autre côté de la roue dentée par rapport aux roulements 23 et 24. 10 Le second arbre d'équilibrage 12 est en prise avec un pignon inverseur 14, lui-même en prise avec la roue dentée 40 du premier arbre d'équilibrage 4. Le pignon inverseur 14 permet que le sens de rotation de l'arbre d'équilibrage 12 soit inversé par rapport au sens de rotation de l'arbre d'équilibrage 4. Le pignon inverseur 14 comprend un arbre 140 qui est 15 monté libre en rotation dans un support 16 du bâti B, par l'intermédiaire d'un roulement 17. Le moteur à combustion interne MC est ici représenté schématiquement de manière que les axes de rotation des arbres d'équilibrage 4 et 12, du pignon inverseur 14 et du vilebrequin 2 soient compris dans le même plan 20 pour la compréhension du dessin. En pratique, les axes de rotation des arbres d'équilibrage 4 et 12, du pignon inverseur 14 et du vilebrequin 2 peuvent être compris dans des plans différents. Chacun des arbres d'équilibrage 4 et 12 comporte respectivement une 25 masse excentrée ou balourd 42 et 122 qui permet d'obtenir la compensation désirée des vibrations dues au déplacement des pistons, qui ne sont pas représentés pour des raisons de clarté. Selon un mode non représenté, chacun des arbres d'équilibrage 4 et 12 peut également comporter une came en interaction avec un rouleau suiveur 30 de came pour une pompe d'injection de carburant. Les roulements 9, 10, 11, 23, 24 et 25 sont à double rangées d'éléments roulants et constitués chacun de deux roulements appairés l'un à l'autre et à une seule rangé d'éléments roulants. Par exemple, le roulement 23 comporte un premier roulement 231 à une seule rangée d'éléments roulants, ici des 3034811 - 6 - billes, et un second roulement 233, également à une seule rangée de billes. Les roulements 231 et 233 sont accolés l'un à l'autre le long d'un axe de rotation X23. Les autres roulements 9, 10, 11, 24 et 25 sont de constitution similaire. Chaque roulement est monté sur une surface cylindrique extérieure 5 d'un arbre d'équilibrage 4, 12 et dans un support du bâti B. Avantageusement, les roulements 9, 10, 11, 23, 24 et 25 sont lubrifiés voire immergés dans une huile de lubrification du moteur à combustion interne M. Conformément à l'invention, un des arbres d'équilibrage 12 est relié à un moteur électrique ME qui en assure le contrôle en rotation. 10 L'arbre d'équilibrage 12 comprend en une de ses extrémités un moteur électrique ME. Le moteur électrique ME consiste en moteur électrique standard, connu de l'homme du métier et disponible dans le commerce, qui permet un entrainement en rotation. Le moteur électrique ME contrôle la mise en rotation, de manière plus 15 précise le moteur électrique ME peut entraîner en rotation ou peut ne pas entraîner pas en rotation l'arbre d'équilibrage 12. De plus, le moteur électrique contrôle la vitesse de rotation de l'arbre d'équilibrage 12. Le vilebrequin 2 ne coopère mécaniquement en aucune façon avec un des arbres d'équilibrage 4, 12 ou le pignon inverseur 14. 20 Le vilebrequin 2 est équipé d'un capteur C de vitesse de rotation dudit vilebrequin. Le capteur C transmet en sortie des données relatives à la vitesse de rotation dudit vilebrequin au moteur électrique ME via un moyen de connexion 50. Ce moyen de connexion 50 peut être réalisé par un câble électrique, 25 optique ou un moyen de communication sans fil, par exemple RFID. Le moteur électrique ME contrôle la rotation de l'arbre d'équilibrage 12, en particulier sa mise en rotation ou non et sa vitesse de rotation, en fonction des données relatives à la vitesse de rotation du vilebrequin 2 transmises au moteur électrique par le capteur C de vitesse de rotation du 30 vilebrequin 2. Le procédé de mise en oeuvre d'un tel moteur à combustion interne MC conforme à ce premier mode de réalisation comprend les étapes successives suivantes. 3034811 - 7 - De manière préalable, le moteur électrique ME est programmé pour entraîner en rotation l'arbre d'équilibrage 12 dans au moins une gamme spécifique de valeurs de vitesse de rotation du vilebrequin 2. Lorsque le vilebrequin 2 est en rotation, une donnée relative à la vitesse 5 de rotation du vilebrequin 2 est mesurée par le capteur C de vitesse de rotation et est transmise au moteur électrique ME. Si la valeur de la vitesse de rotation du vilebrequin 2 est dehors d'une gamme spécifique de valeurs de vitesse pour laquelle le moteur électrique ME est programmé pour entraîner une rotation, le moteur électrique ME 10 n'entraîne pas en rotation l'arbre d'équilibrage 12 avec lequel il coopère. Si la valeur de la vitesse de rotation du vilebrequin 2 est dans une gamme spécifique de valeurs de vitesse pour laquelle le moteur électrique ME est programmé pour entraîner une rotation, le moteur électrique ME entraîne en rotation l'arbre d'équilibrage 12 avec lequel il coopère à une 15 vitesse de rotation égale à la vitesse de rotation du vilebrequin 2 qui lui a été transmise. L'arbre d'équilibrage 12 ainsi contrôlé par le moteur électrique ME entraîne par suite en rotation le pignon inverseur 14, par coopération de la roue dentée 120 de l'arbre 12 et de la roue dentée du pignon inverseur 14, 20 et l'autre arbre d'équilibrage 4, par coopération de la roue dentée du pignon inverseur 14 et de la roue dentée 40 de l'arbre 4. Selon un mode de réalisation non représenté de l'invention, le moteur électrique ME peut être relié à l'autre arbre d'équilibrage 4 en lieu et place de l'arbre d'équilibrage 2. 25 Conformément à un deuxième mode de réalisation représenté en figure 2, dans lequel les éléments identiques ont les mêmes références, un moteur à combustion interne MC2 diffère du mode de réalisation précédent en ce qu'un moteur électrique ME2 est relié à un pignon inverseur 100. Le second arbre d'équilibrage 12 est en prise avec un pignon inverseur 30 100, lui-même en prise avec la roue dentée 40 du premier arbre d'équilibrage 4. Le pignon inverseur 100 comprend un arbre 110 qui est monté libre en rotation dans un support 16 du bâti B, par l'intermédiaire d'un roulement 17. 3034811 - 8 - L'arbre 110 du pignon inverseur 100 comprend en une de ses extrémités un moteur électrique ME2. De manière similaire au premier mode de réalisation, le moteur électrique ME2 contrôle la rotation de l'arbre 110 du pignon inverseur, en particulier sa 5 mise en rotation ou non et sa vitesse de rotation, en fonction de données relatives à la vitesse de rotation du vilebrequin 2 transmises au moteur électrique par un capteur C de vitesse de rotation du vilebrequin 2 via un moyen de connexion 50. Le pignon suiveur 100 ainsi contrôlé par le moteur électrique ME2 10 entraîne par suite en rotation l'arbre d'équilibrage 12, par coopération de la roue dentée du pignon inverseur 100 et de la roue dentée 120 de l'arbre 12, et l'autre arbre d'équilibrage 4, par coopération de la roue dentée du pignon inverseur 100 et de la roue dentée 40 de l'arbre 4. Selon un mode de réalisation non représenté de l'invention, le moteur 15 MC, MC2 ne comprend qu'un seul arbre d'équilibrage. Dans un tel cas, le pignon 14, 100 peut être un pignon suiveur ou un pignon découpleur. Avantageusement, selon une variante non représentée, au moins un des roulements 9, 10, 11, 16, 17, 23, 24 ou 25 peut comprendre des joints d'étanchéité qui délimitent une chambre de roulement dans laquelle les 20 éléments roulants de ce roulement sont disposés. Les joints d'étanchéité maintiennent dans la chambre de roulement le lubrifiant, tel qu'une huile, disposé dans la chambre avant l'assemblage des joints d'étanchéité avec les bagues intérieures et extérieures du roulement. Selon d'autres variantes non représentées, les roulements 9, 10, 11, 16, 25 17, 23, 24 et 25 peuvent être des roulements à billes à contact obliques ou droits, des roulements à rouleaux ou à aiguilles, des roulements à double ou simple rangée, un seul roulement ou plusieurs roulements appairés les uns les autres, des roulements de types différents les uns les autres sans que cela ne sorte du cadre de la présente invention. 30 Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes envisagées ci-dessus peuvent être combinées entre elles. REVENDICATIONS1. Moteur à combustion interne (MC, MC2) comprenant au moins un arbre d'équilibrage (4, 12) supporté en rotation de manière libre dans un bâti (B) 5 du moteur à combustion interne (MC, MC2) par au moins un roulement (9, 10, 11, 23, 24, 25), caractérisé en ce que l'arbre d'équilibrage (4, 12) est entraîné directement ou indirectement en rotation par un moteur électrique (ME, ME2), ledit moteur électrique (ME) contrôlant la rotation dudit arbre d'équilibrage (4, 10 12) en fonction de paramètres caractéristiques du moteur à combustion interne (MC). 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un vilebrequin (2) mis en rotation par le mouvement de 15 pistons dans le moteur à combustion interne (MC, MC2). 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moteur électrique (ME, ME2) contrôle directement ou indirectement la rotation de l'arbre d'équilibrage (12) en fonction de données relatives à la 20 vitesse de rotation dudit vilebrequin (2) transmises au moteur électrique (ME, ME2). 4. Moteur à combustion interne selon la revendication 3, caractérisé en ce que le vilebrequin (2) est équipé d'un capteur (C) de vitesse de rotation, 25 ledit capteur (C) transmettant en sortie des données relatives à la vitesse de rotation dudit vilebrequin (2) au moteur électrique (ME, ME2). 5. Moteur à combustion interne selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur (C) transmet en sortie des données relatives à la vitesse de 30 rotation du vilebrequin (2) au moteur électrique (ME, ME2) via au moins un moyen de connexion (50). 6. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre d'équilibrage (12) a une de ses 3034811 - 10 - portions en connexion directe avec le moteur électrique (ME) , ledit moteur électrique (ME) contrôlant de manière directe la rotation dudit arbre d'équilibrage (12) en fonction de paramètres caractéristiques du moteur à combustion interne (MC). 7. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'arbre d'équilibrage (4, 12) comprend une roue dentée (40, 120) coopérant avec une roue dentée d'un pignon (100), ledit pignon (100) étant entraîné en rotation par le moteur électrique (ME2), ledit moteur électrique contrôlant la rotation dudit pignon (100) en fonction de paramètres caractéristiques du moteur à combustion interne (MC2), la rotation de l'arbre d'équilibrage (4, 12) étant contrôlée de manière indirecte par le moteur électrique (ME2). 8. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux arbres d'équilibrage (4, 12) et un pignon inverseur (14) interposé entre une première roue dentée 40) d'un premier arbre d'équilibrage (4) et une seconde roue dentée (120) du second arbre d'équilibrage (12), un des deux arbres d'équilibrage (12) ou le pignon (100) étant entraîné en rotation par le moteur électrique (ME, ME2). 9. Procédé de mise en oeuvre d'un moteur électrique (MC, MC2) comprenant les étapes successives suivantes : (a) de manière préalable, un moteur électrique (ME, ME2) est programmé pour entraîner en rotation un arbre d'équilibrage (12) ou un pignon inverseur (100) coopérant avec ledit arbre d'équilibrage (4, 12) dans au moins une gamme spécifique de valeurs de vitesse de rotation d'un vilebrequin (2) du moteur à combustion interne (MC, MC2) ; (b) lorsque le vilebrequin (2) est en rotation, une donnée relative à la vitesse de rotation du vilebrequin (2) est transmise au moteur électrique (ME, ME2) ; 3034811 (c) si la valeur de la vitesse de rotation du vilebrequin (2) est dehors d'une gamme spécifique de valeurs de vitesse pour laquelle le moteur électrique (ME, ME2) est programmé pour entraîner une rotation, le moteur électrique (ME, ME2) n'entraîne pas en rotation 5 l'arbre d'équilibrage (12) ou le pignon inverseur (100) avec lequel il coopère ; (d) si la valeur de la vitesse de rotation du vilebrequin (2) est dans une gamme spécifique de valeurs de vitesse pour laquelle le moteur électrique (ME, ME2) est programmé pour entraîner une rotation, 10 le moteur électrique (ME, ME2) entraîne en rotation l'arbre d'équilibrage (12) ou le pignon inverseur (100) avec lequel il coopère à une vitesse de rotation égale à la vitesse de rotation du vilebrequin (2) qui lui a été transmise.