Brevet FR3042815A1 — publié le 20170428

MOTEUR THERMIQUE MUNI D'UN SYSTEME DE VARIATION DU TAUX DE COMPRESSION [0001] La présente invention porte sur un moteur thermique comportant un système de variation du taux de compression doté d'un pignon intermédiaire monté sur un bras de vilebrequin. [0002] On connaît des systèmes de variation du taux de compression en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Ces systèmes de variation du taux de compression comportent un ensemble de pièces excentriques montées sur les manetons du vilebrequin de manière à coopérer chacune avec une extrémité de bielle. [0003] Un dispositif de commande permet de régler la position des pièces excentriques. A cet effet, le dispositif de commande comporte un arbre d'actionnement et une cascade de pignons constituée par un pignon d'actionnement 1 solidaire de l'arbre d'actionnement, et des pignons intermédiaires 2 engrenant d'une part avec le pignon d'actionnement 1 et d'autre part avec une couronne dentée 7 solidaire de la pièce excentrique 8. [0004] Dans la configuration décrite dans le document W02013110700 qui est montrée sur les figures 1 et 2, l'assemblage des pignons intermédiaires 2 est effectué au moyen d'une plaque de support 3 sur laquelle sont montés les pignons intermédiaires 2 par l'intermédiaire d'axes 4 vissés ou frettés sur la plaque de support 3. La plaque de support 3 est fixée sur le bras de vilebrequin 5 à l'aide d'une vis de fixation 6 coopérant avec un trou taraudé ménagé dans le bras de vilebrequin 5. [0005] Un tel assemblage présente toutefois plusieurs inconvénients. D'une part, il engendre une protubérance de matière du support au voisinage de la denture du pignon intermédiaire 2 (cf. partie hachurée de la figure 2). Afin d'éviter toute interférence éventuelle entre la bielle et cette protubérance en fonctionnement moteur, soit sur 360 degrés vilebrequin et pour toutes les positions angulaires de la pièce excentrique 8, il est nécessaire de modifier la configuration de la bielle en usinant la zone à risque, ce qui a pour effet de réduire la tenue mécanique de la bielle. [0006] D'autre part, cet assemblage implique des opérations d'usinage supplémentaires complexes sur le vilebrequin, notamment un taraudage nécessaire à l'assemblage de la vis 6. Enfin, si l'assemblage est réalisable pour un vilebrequin réalisé en plusieurs parties utilisé avec des pièces excentriques monoblocs, un tel assemblage est plus complexe, 3042815 2 voire impossible, pour un vilebrequin monobloc utilisé avec des pièces excentriques en demi-coquilles du fait d'un espace réduit pour les opérations d'usinage et d'assemblage. [0007] L'invention vise à remédier efficacement à au moins un de ces inconvénients en 5 proposant un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant un système de variation d'un taux de compression dudit moteur, ledit système de variation du taux de compression comprenant: - un vilebrequin comportant au moins un maneton et au moins un bras, - au moins une pièce excentrique montée rotative sur ledit maneton, ladite pièce 10 excentrique comportant une face externe de forme excentrique destinée à coopérer avec une extrémité d'une bielle, ainsi qu'au moins une couronne dentée, - un dispositif de commande de la position angulaire de ladite pièce excentrique, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande comporte au moins un pignon intermédiaire monté sur un axe par l'intermédiaire d'un roulement, ledit axe étant monté 15 directement sur ledit bras de vilebrequin. [0008] Par "montage direct", on entend un montage suivant lequel l'axe et le bras de vilebrequin sont en contact intime l'un avec l'autre, sans élément intermédiaire entre ces deux composants. [0009] L'invention permet ainsi de supprimer la plaque de support de l'axe du pignon 20 intermédiaire et donc la protubérance, ce qui permet de modifier la configuration de la bielle pour améliorer sa tenue mécanique à iso-matériaux. Dans certaine configuration, il est également possible de supprimer le trou taraudé du vilebrequin pour la vis de fixation, ce qui simplifie le procédé d'usinage. [0010] Selon une réalisation, ledit axe est un axe plein destiné à être inséré à l'intérieur 25 d'une ouverture réalisée dans ledit bras de vilebrequin. [0011] Selon une réalisation, ledit axe est un axe creux coopérant avec un pion issu dudit bras de vilebrequin. [0012] Selon une réalisation, ledit axe est fretté ou vissé sur ledit bras de vilebrequin. [0013] Selon une réalisation, ledit moteur thermique comporte en outre un bouchon de 30 fermeture. Un tel bouchon permet de protéger le dispositif des particules et salissures tout 3042815 3 en facilitant le montage et le démontage de l'ensemble par seul vissage ou dévissage dudit bouchon de fermeture. [0014] Selon une réalisation, ledit bouchon de fermeture est vissé sur ledit axe dudit pignon intermédiaire. 5 [0015] Selon une réalisation, ledit bouchon de fermeture est vissé sur ledit bras de vilebrequin. [0016] Selon une réalisation, ledit roulement est bloqué en translation par ledit bouchon de fermeture. [0017] Selon une réalisation, ledit roulement comporte une cage montée frettée sur ledit 10 pignon intermédiaire et glissante sur ledit axe. [0018] Selon une réalisation, ledit pignon intermédiaire est monté sur ledit bras de vilebrequin du côté d'un dispositif d'actionnement dudit dispositif de commande. [0019] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif 15 mais nullement limitatif de l'invention. [0020] Les figures 1 et 2, déjà décrites, sont respectivement des vues en perspective et de côté illustrant le montage de pignons intermédiaires sur une plaque de support selon l'état de la technique; [0021] La figure 3 est une vue de côté illustrant l'intégration dans le vilebrequin du 20 système de variation de taux de compression d'un moteur thermique selon la présente invention; [0022] La figure 4 est une vue en perspective du système de variation de taux de compression d'un moteur thermique selon la présente invention sans le vilebrequin; [0023] Les figures 5a à 5c sont des vues en perspective illustrant différents modes de 25 réalisation de l'assemblage entre le pignon intermédiaire et le bras de vilebrequin. [0024] Sur les figures 3 à 5, les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. 3042815 4 [0025] La figure 3 montre un vilebrequin 12 intégrant un système 11 de variation du taux de compression pour faire varier le taux de compression en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Le système 11 permet ainsi de faire fonctionner un moteur à combustion interne à un taux de compression élevé dans des conditions de faible charge 5 afin d'améliorer son rendement. Dans des conditions de fonctionnement à fortes charges, le taux de compression peut être diminué afin d'éviter les à-coups. [0026] Plus précisément, le vilebrequin 12 du moteur d'axe X est destiné à être monté rotatif sur un carter du moteur par l'intermédiaire de paliers. Le vilebrequin 12 comporte une pluralité de manetons 13, et de tourillons 14, séparés par des bras 17 s'étendant 10 sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe X. Le vilebrequin 12 présente en outre une extrémité avant destinée à être liée en rotation avec une poulie 18. Un volant d'inertie (non représenté) est lié en rotation à l'extrémité arrière du vilebrequin 12. [0027] Des pièces excentriques 21 sont montées de manière rotative sur les manetons 13 via une ouverture traversante 22 réalisée dans chaque pièce excentrique 21. Comme 15 cela est mieux visible sur la figure 4, chaque pièce excentrique 21 comporte une face externe 25 de forme excentrique par rapport à l'axe de l'ouverture 22 et donc du maneton 13 correspondant. La face externe 25 est destinée à coopérer avec une grande extrémité d'une bielle 26, laquelle a sa petite extrémité liée en rotation avec un piston 27 du moteur. Chaque pièce excentrique 21 comporte également deux couronnes dentées 28 20 positionnées de part et d'autre de la face externe 25. [0028] Les pièces excentriques 21 pourront être des pièces monoblocs. Dans ce cas, le vilebrequin 12 est subdivisé en plusieurs parties afin de permettre le montage de l'ensemble. Alternativement, le vilebrequin 12 est monobloc, tandis que les pièces excentriques 21 sont formées de deux demi-coquilles montées autour de chaque maneton 25 13. [0029] Un dispositif de commande 31 permet de régler la position angulaire des pièces excentriques 21. A cet effet, le dispositif de commande 31 comporte un arbre d'actionnement 32 et une cascade de pignons constituée par un pignon d'actionnement 33 monté sur l'arbre d'actionnement 32, et au moins un pignon intermédiaire 36 engrenant 30 d'une part avec le pignon d'actionnement 33 et d'autre part avec une couronne dentée 28. Le pignon intermédiaire 36 est monté sur le bras 17 du côté d'un dispositif d'actionnement 57 décrit plus en détail ci-après. 3042815 5 [0030] Dans le mode de réalisation de la figure 5a, le pignon intermédiaire 36 est monté sur un axe 63, constitué par une tige, par l'intermédiaire d'un roulement 64 par exemple de type à aiguilles. En l'occurrence, l'axe 63 est un axe plein s'insérant à l'intérieur d'une ouverture 65 traversante réalisée dans le bras de vilebrequin 17. L'axe 63 pourra être 5 fretté ou vissé sur le bras de vilebrequin 17. L'axe 63 comporte un épaulement externe 68 défini par une différence de diamètre extérieur destiné à venir en appui contre une face transversale du bras 17. Cela permet de contrôler le positionnement axial de l'axe 63 par rapport au bras 17. [0031] Le roulement 64 comporte une cage montée frettée sur le pignon intermédiaire 36 10 et glissante sur l'axe 63. En variante, le montage inverse est possible, c'est-à-dire que la cage du roulement 64 est montée frettée sur l'axe 63 et glissante sur le pignon intermédiaire 36. D'autres types de guidage en rotation du pignon intermédiaire 36 sont envisageables. Ainsi, il sera possible d'utiliser un roulement à billes qui permet de limiter l'encombrement axial au détriment de l'encombrement radial. 15 [0032] En outre, un bouchon de fermeture 71 est vissé sur l'axe 63 du pignon intermédiaire 36. A cet effet, le bouchon de fermeture 71 comporte une portion cylindrique centrale filetée 72 destinée à coopérer avec une ouverture borgne taraudée 73 réalisée du côté de l'extrémité libre de l'axe 63. Le bouchon de fermeture 71 comporte une cavité 76 conformée pour recevoir l'extrémité d'un outil de forme complémentaire pour permettre le 20 montage et le démontage de l'ensemble. [0033] Le bouchon de fermeture 71 comporte également une collerette 77 d'orientation radiale par rapport à la portion filetée 72. Le roulement 64 est maintenu bloqué en translation entre la collerette 77 et une face du bras 17 contre laquelle est en appui le roulement 64. 25 [0034] Le bras 17 est creusé de manière à définir un logement annulaire 78 dans lequel est positionné au moins en partie le pignon intermédiaire 36. [0035] Dans le mode de réalisation de la figure 5b, l'axe 63 est un axe creux coopérant avec un pion 81 issu du bras de vilebrequin 17 et qui pénètre à l'intérieur de l'ouverture 82 de l'axe 63. L'axe 63 pourra être fretté ou vissé sur le pion 81 du bras de vilebrequin 17. 30 L'axe 63 comporte un épaulement interne 83 défini par une différence de diamètre intérieur destiné à venir en appui contre une face de l'extrémité libre du pion 81. Cela permet de contrôler le positionnement axial de l'axe 63 par rapport au bras 17. 3042815 6 [0036] Le roulement 64 comporte une cage montée frettée sur le pignon intermédiaire 36 et glissante sur l'axe 63. En variante, le montage inverse est possible, c'est-à-dire que la cage est montée frettée sur l'axe 63 et glissante sur le pignon intermédiaire 36. D'autres types de guidage en rotation du pignon intermédiaire 36 sont envisageables. Ainsi, il sera 5 possible d'utiliser un roulement à billes qui permet de limiter l'encombrement axial au détriment de l'encombrement radial. [0037] En outre, le bouchon de fermeture 71 est vissé sur le bras de vilebrequin 17. A cet effet, le bouchon de fermeture 71 comporte une portion cylindrique centrale munie d'un tronçon 84 de faible diamètre fileté destiné à coopérer avec une ouverture 85 du pion 81 10 au moins en partie taraudée. L'ouverture 85 étant traversante, il est possible de la réaliser depuis l'extérieur du vilebrequin 12. La portion cylindrique centrale du bouchon 71 comporte également un tronçon 86 de grand diamètre ayant un diamètre sensiblement égal au plus petit diamètre interne de l'axe 63. La différence de diamètre entre les deux tronçons 84, 86 définit un épaulement externe 88 destiné à venir en appui contre une face 15 d'extrémité du pion 81. Cela permet de contrôler le positionnement axial du bouchon de fermeture 71 par rapport au bras de vilebrequin 17. [0038] Le bouchon de fermeture 71 comporte également une collerette 77 d'orientation radiale issue du tronçon 86. Le roulement 64 est maintenu bloqué en translation entre la collerette 77 et un rebord radial 79 de l'axe 63 s'étendant vers l'extérieur. Dans cette 20 configuration, le bras 17 est creusé de manière à définir un logement annulaire 78 dans lequel est positionné au moins en partie le pignon intermédiaire 36, l'axe 63, et le roulement à aiguilles 64. [0039] Le mode de réalisation de la figure 5c est sensiblement identique à celui de la figure 5b à la différence près que le pion 81 est un pion plein issu du bras 17. Dans tous 25 les cas, le pion 81 pourra venir de matière ou être rapporté par rapport au bras 17. Par ailleurs, le bouchon de fermeture 71 est vissé sur l'axe 63 du pignon intermédiaire 36. A cet effet, le bouchon de fermeture 71 comporte une portion cylindrique centrale filetée 91 destinée à coopérer avec une portion taraudée de l'ouverture centrale 82 de l'axe 63. [0040] En fonctionnement et lorsque l'arbre d'actionnement 32 est fixe en rotation par 30 rapport au bâti, le système présente une configuration de taux de compression fixe. En transitoire de taux, la position angulaire de la pièce excentrique 21 située du côté de la poulie 18 est pilotée par la position angulaire de l'arbre d'actionnement 32 pour ainsi transiter vers un nouveau point de taux de compression. A cet effet, l'arbre 32 pourra être 3042815 7 actionné par exemple au moyen du dispositif d'actionnement 57, tel qu'un engrenage à roue et vis sans fin (cf. figure 4), ou tout autre moyen de déplacement de l'arbre adapté. [0041] Un rapport de démultiplication entre le pignon d'actionnement 33 et la couronne dentée 28 d'excentrique est sensiblement égal à 0,5. Cela permet de garantir une rotation 5 de la pièce excentrique 21 à demi-vitesse par rapport à la vitesse de rotation du vilebrequin 12. [0042] En outre, comme cela est illustré sur la figure 4, à travers les tourillons 14 du vilebrequin 12, des arbres 58 et des pignons 59 dits de transfert transmettent la même cinématique de la pièce excentrique située du côté de l'arbre d'actionnement 32 de proche 10 en proche sur toutes les autres pièces excentriques du vilebrequin 12. A cette fin, les pignons 59 montés sur les arbres 58 engrènent avec les couronnes dentées 28 des autres pièces excentriques. REVENDICATIONS: 1. Moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant un système (11) de variation d'un taux de compression dudit moteur, ledit système (11) de variation du taux de compression comprenant: - un vilebrequin (12) comportant au moins un maneton (13) et au moins un bras (17), - au moins une pièce excentrique (21) montée rotative sur ledit maneton (133r-ladite pièce excentrique (21) comportant une face externe (25) de forme excentrique destinée à coopérer avec une extrémité d'une bielle (26), ainsi qu'au mole une couronne dentée (28), - un dispositif de commande (31) de la position angulaire de ladite pièce excentrique (21), caractérisé en ce que ledit dispositif de commande (31) comporte au moins un pignon, dit pignon intermédiaire (36), monté sur un axe (63) par l'intermédiaire d'un roulement (64), ledit axe (63) étant monté directement sur ledit bras de vilebrequin (17). 2. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit axe (63) est un axe plein destiné à être inséré à l'intérieur d'une ouverture (65) réalisée dans ledit bras de vilebrequin (17). 3. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit axe (63) est un axe creux coopérant avec un pion (81) issu dudit bras de vilebrequin (17). 4. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit axe (63) est fretté ou vissé sur ledit bras de vilebrequin (17). 5. Mateurthermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un bouchon de fermeture (71). 6. Moteur thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit bouchon de fermeture (71) est vissé sur ledit axe (63) dudit pignon intermédiaire (36). 7. Moteur thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit bouchon de fermeture (71) est vissé sur ledit bras de vilebrequin (17). 3042815 9 8. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ledit roulement (64) est bloqué en translation par redit bouchon de fermeture (71). 9. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en 5 ce que ledit roulement (64) comporte une cage rrnintée frettée sur ledit pignon intermédiaire (36) et glissante sur ledit axe (63). 10. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit pignon intermédiaire (36) est monté sur ledit bras de vilebrequin (17) du côté d'un dispositif d'actionnement (57) dudit dispositif de commande (31). 10