Brevet FR3052495A1 — publié le 20171215

MOTEUR THERMIQUE MUNI D'UN SYSTEME DE VARIATION DU TAUX DE COMPRESSION AMELIORÉ [0001] La présente invention porte sur un moteur thermique muni d'un système de variation du taux de compression amélioré. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles. [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 solidaire de l'arbre d'actionnement, et des pignons intermédiaires engrenant d'une part avec le pignon d'actionnement et d'autre part avec une couronne dentée solidaire de la pièce excentrique. [0004] A taux fixe ou arbre d'actionnement fixe par rapport au carter-cylindres, chaque pièce excentrique tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin. A cet effet, on utilise une triplette d'engrènements entre pignons d'actionnement, pignons intermédiaires, et pièces excentriques. Le nombre de dents du pignon d'actionnement étant deux fois moindre que celui des pièces excentriques, cela permet une rotation de la première pièce excentrique situé du côté de l'actionnement à demi-vitesse de celle du vilebrequin en taux fixe. L'assemblage des pignons et des arbres de transfert au niveau des tourillons du vilebrequin permet, de proche en proche, de retranscrire la cinématique de la première pièce excentrique situé du côté de l'actionnement aux autres pièces excentriques. [0005] Suivant une première configuration décrite dans le document W02013110700, la triplette d'engrenages du pignon d'actionnement, du pignon intermédiaire, et de la pièce excentrique s'étend suivant des plans différents. Cela oblige à creuser localement le bras du vilebrequin pour intégrer le pignon intermédiaire. Une telle configuration présente l'inconvénient de fragiliser mécaniquement le vilebrequin. 3052495 2 [0006] Une deuxième configuration connue se distingue par le fait que la triplette d'engrenages du pignon d'actionnement, du pignon intermédiaire, et de la pièce excentrique s'étend suivant le même plan. Un compromis entre fonctionnel, tenue du vilebrequin, rayon de manivelle, et tenues des dentures peut permettre que la somme du 5 rayon de tête des dents du pignon d'actionnement et de la pièce excentrique soit plus petite que le rayon de manivelle du vilebrequin. Cela peut améliorer la tenue du vilebrequin, dans la mesure où il n'y a pas besoin de creuser le bras du vilebrequin pour l'intégration de l'ensemble. La tenue des dentures est toutefois réduite par rapport à la première configuration précitée. 10 [0007] L'invention vise à remédier efficacement aux inconvénients des systèmes existants en proposant un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant un système de variation d'un taux de compression du moteur, le système de variation du taux de compression comprenant: - un vilebrequin comportant, au moins un maneton et au moins un bras, 15 - au moins une pièce excentrique montée rotative sur le maneton, la pièce excentrique comportant une face externe de forme excentrique destinée à coopérer avec une extrémité d'une bielle, ainsi qu'au moins une couronne dentée, et - un dispositif de commande de la position angulaire de la pièce excentrique, caractérisé en ce que le dispositif de commande comporte: 20 - un arbre d'actionnement muni d'un pignon d'actionnement, et - au moins un arbre intermédiaire traversant axialement de part en part un tourillon et le bras du vilebrequin par un alésage correspondant, l'arbre intermédiaire étant muni d'un premier pignon intermédiaire engrenant avec le pignon d'actionnement et d'un deuxième pignon intermédiaire engrenant avec une pièce excentrique. 25 [0008] L'invention permet ainsi de faciliter l'intégration du système de variation du taux de compression par la réalisation d'alésage traversant dans le bras de vilebrequin et non de creusures radiales difficilement usinables, comme cela était le cas dans la première configuration. L'invention améliore également la rigidité de l'ensemble. En outre, les contraintes appliquées sur les dentures sont moindres que dans la deuxième configuration, ce qui permet de maximiser le couple transmis par le système de commande. [0009] Selon une réalisation, le moteur thermique comporte deux arbres intermédiaires munis chacun d'un premier pignon intermédiaire engrenant avec le pignon d'actionnement 3052495 3 et d'un deuxième pignon intermédiaire engrenant avec une pièce excentrique. Cela permet de répartir le couple transmis par les arbres intermédiaires. [0010] Selon une réalisation, l'arbre d'actionnement étant coaxial avec le vilebrequin, les deux arbres intermédiaires sont positionnés de part et d'autre de l'arbre d'actionnement. 5 [0011] Selon une réalisation, au moins un roulement est interposé radialement entre un arbre intermédiaire et une face d'un alésage correspondant. [0012] Selon une réalisation, le moteur thermique comporte un boîtier dans lequel sont insérés au moins en partie le ou les arbres intermédiaires. [0013] Selon une réalisation, le boîtier comporte au moins un logement formant palier 10 pour le montage en rotation d'une extrémité d'un arbre intermédiaire correspondant. [0014] Selon une réalisation, le boîtier intègre un pignon en périphérie externe. [0015] Selon une réalisation, une poulie est fixée sur une face d'extrémité axiale du boîtier. [0016] Selon une réalisation, chaque premier pignon intermédiaire est intégré à un arbre 15 intermédiaire correspondant. [0017] Selon une réalisation, un ratio de vitesse entre la vitesse de rotation de la pièce excentrique divisée par la vitesse de rotation du pignon d'actionnement est égal à 0.5. [0018] 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 20 mais nullement limitatif de l'invention. [0019] La figures 1 est une vue d'ensemble d'un système de variation du taux de compression selon la présente invention intégré dans un vilebrequin de moteur thermique; [0020] La figure 2 est une vue en coupe longitudinale du vilebrequin et du système de variation du taux de compression selon la présente invention; 25 [0021] La figure 3 est une vue en perspective du système de variation du taux de compression selon la présente invention sans le vilebrequin; 3052495 4 [0022] La figure 4 est une vue en perspective éclatée du dispositif d'actionnement du système de variation du taux de compression selon la présente invention; [0023] La figure 5 est une vue en coupe longitudinale illustrant une variante de réalisation du système de variation du taux de compression selon la présente invention; 5 [0024] La figure 6 est une vue en perspective de l'extrémité du vilebrequin intégrant le dispositif d'actionnement selon la présente invention; [0025] Les figures 7a, 7b, et 7c sont des représentations schématiques illustrant différentes combinaisons d'engrenage permettant d'obtenir un ratio de réduction de 0.5 entre le pignon d'actionnement et la pièce excentrique. 10 [0026] Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0027] La figure 1 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 15 combustion interne à un taux de compression élevé dans des conditions de faible charge 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. [0028] Plus précisément, le vilebrequin 12 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 20 manetons 13 et de tourillons 14 coopérant avec les paliers du carter. Les manetons 13 et les tourillons 14 sont séparés par des bras 17 s'étendant 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. 25 [0029] Des pièces excentriques 21 sont montées de manière rotative sur les manetons 13 via une ouverture traversante 22 réalisée dans chaque pièce excentrique 21. 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 (non représentée), laquelle a 30 sa petite extrémité est liée en rotation avec un piston du moteur. Chaque pièce 3052495 5 excentrique 21 comporte également deux couronnes dentées 28 positionnées de part et d'autre de la face externe 25. [0030] 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 5 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 13. [0031] Un dispositif de commande 31 permet de régler la position angulaire des pièces excentriques 21, comme cela est représenté sur les figures 3 et 4. 10 [0032] A cet effet, le dispositif de commande 31 comporte un arbre d'actionnement 32 muni d'un pignon d'actionnement 33, l'autre extrémité étant munie d'un pignon 33' destinée à coopérer avec un dispositif d'actionnement réglant la position angulaire des pièces excentrique 21. [0033] En outre, deux arbres intermédiaires 40 traversent axialement de part en part un 15 tourillon 14 et un bras 17 du vilebrequin 12 par un alésage 43 correspondant. Chaque arbre intermédiaire 40 est muni d'un premier pignon intermédiaire 41 engrenant avec le pignon d'actionnement 33 et d'un deuxième pignon intermédiaire 41' engrenant avec une pièce excentrique 21. Le pignon d'actionnement 33 et la pièce excentrique 21 sont positionnés de part et d'autre du bras 17 du vilebrequin 12. 20 [0034] L'arbre d'actionnement 32 est avantageusement coaxial avec le vilebrequin 12, tandis que les deux arbres intermédiaires 40 sont positionnés de part et d'autre de l'arbre d'actionnement 32. [0035] Pour assurer un guidage en rotation des arbres intermédiaires 40 à l'intérieur du tourillon 14, un roulement 44, par exemple de type à aiguille, est interposé radialement 25 entre chaque arbre intermédiaire 40 et une face de l'alésage 43 correspondant. [0036] Dans un exemple de réalisation, les premiers pignons 41 sont intégrés à une extrémité d'un arbre intermédiaire 40 correspondant. Les pignons 41 pourront être obtenus par usinage ou forgeage de l'arbre intermédiaire 40. Les deuxièmes pignons 41' pourront être emmanchés du côté de l'extrémité opposée de l'arbre 40 correspondant. 3052495 6 [0037] Par ailleurs, le système de commande 31 comporte un boîtier 47, représenté sur les figures 4 et 6, dans lequel sont insérés au moins en partie les arbres intermédiaires 40. A cet effet, le boîtier 47 comporte deux logements 49 formant chacun un palier pour le montage en rotation d'une extrémité d'un arbre intermédiaire 40 correspondant. Des 5 roulements 55, par exemple de type à aiguilles, pourront être interposés radialement entre la face interne du logement 49 et l'arbre intermédiaire 40 correspondant. [0038] Le boîtier 47 pourra intégrer un pignon 50 en périphérie externe. Ce pignon 50 pourra par exemple être utilisé par le circuit d'huile. Il sera possible de prévoir des dentures 52 pour la chaîne de transmission visibles sur les figures 5 et 6. Ces dentures 52 10 sont intercalées axialement entre le boîtier 47 et le tourillon 14 du vilebrequin 12. Les dentures 52 pourront être réalisées d'un seul tenant ou rapportées par rapport au tourillon 14. [0039] La poulie 18 est fixée sur une face d'extrémité axiale du boîtier 47. La poulie 18 pourra par exemple être fixée au boîtier 47 au moyen d'un ensemble de vis 54 traversant 15 une paroi transversale de la poulie 18 pour coopérer avec des ouvertures taraudées réalisée dans le boîtier 47, comme cela est représenté sur la figure 5. D'autres systèmes de fixation de la poulie 18 sur le boîtier 47 sont toutefois envisageables. [0040] Suivant une variante de réalisation illustrée sur la figure 5, le dispositif de commande comporte un arbre intermédiaire 40 unique. Toutefois, l'utilisation de deux 20 arbres intermédiaires 40 ou plus permet de diminuer le couple supporté par chaque arbre intermédiaire 40. [0041] Un ratio de vitesse entre la vitesse de rotation de la pièce excentrique 21 divisée par la vitesse de rotation du pignon d'actionnement 33 est égal à 0.5. Comme cela est représenté sur les figures 7a, ce ratio pourra par exemple être obtenu directement entre la 25 pièce excentrique 21 et le deuxième pignon intermédiaire 41' engrenant l'un avec l'autre. A cet effet, il sera possible d'utiliser un pignon d'actionnement 33 ayant 15 dents avec un module de 1, un premier et un deuxième pignons intermédiaires 41, 41' comportant respectivement 15 dents avec un module de 1 et 22 dents avec un module de 1.5, et une pièce excentrique 21 ayant 44 dents avec un module de 1.5. Le pignon de transfert 59 30 comporte par exemple 15 dents avec un module de 1,5 et la pièce excentrique 21 correspondante comporte 44 dents avec un module de 1,5. 3052495 7 [0042] Les figures 7b et 7c présentent une même configuration du côté de l'actionnement mais le rayon de manivelle, correspondant à la distance entre le centre du maneton 13 et le centre du tourillon 14, étant plus court pour la configuration de la figure 7c, les pignons de transfert 59 sont plus petits pour la configuration de la figure 7c que 5 pour la configuration de la figure 7b. Dans un exemple de réalisation, on utilise un pignon d'actionnement 33 ayant 22 dents avec un module de 1, des pignons intermédiaires 41, 41' comportant 15 dents, et une pièce excentrique 21 comportant 44 dents. Dans ce cas, on prévoit un premier pignon intermédiaire 41 engrenant avec le pignon d'actionnement 33 ayant un module de 1 et un deuxième pignon intermédiaire 41' engrenant avec une pièce 10 excentrique 21 ayant un module de 1.5. Dans le mode de réalisation de la figure 7b, le pignon de transfert 59 comporte par exemple 19 dents avec un module de 1,5 et la pièce excentrique 21 correspondante comporte 44 dents avec un module de 1,5. Dans le mode de réalisation de la figure 7c, le pignon de transfert 59 comporte par exemple 15 dents avec un module de 1,5 et la pièce excentrique 21 comporte 44 dents avec un module de 15 1,5. D'autres configurations de pignons intermédiaires 41, 41' et de pièces excentriques 21 sont bien entendu envisageables pour obtenir les rapports de réduction souhaités du système. [0043] En fonctionnement et lorsque l'arbre d'actionnement 32 est fixe en rotation par rapport au bâti, le système 11 présente une configuration de taux de compression fixe. En 20 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 actionné par exemple au moyen du dispositif d'actionnement, tel qu'un engrenage à roue et vis sans fin ou tout autre moyen de déplacement de l'arbre adapté. 25 [0044] En outre, comme cela est illustré sur les figures 2 et 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 21 située du côté de l'arbre d'actionnement 32 de proche en proche sur toutes les autres pièces excentriques 21 du vilebrequin 12. A cette fin, les pignons 59 montés sur les arbres 58 engrènent avec les couronnes dentées 28 des 30 autres pièces excentriques 21. [0045] L'invention permet ainsi de faciliter l'intégration du système 11 de variation du taux de compression par la réalisation d'alésage traversant 43 dans le bras de vilebrequin 12 et non de creusures radiales difficilement usinables, comme cela était le cas dans la 3052495 8 première configuration. L'invention améliore également la rigidité de l'ensemble. En outre, les contraintes appliquées sur les dentures sont moindres que dans la deuxième configuration, ce qui permet de maximiser le couple transmis par le système de commande 31. 5 REVENDICATIONS1. 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 (13), ladite pièce excentrique (21) comportant une face externe (25) de forme excentrique destinée à coopérer avec une extrémité d'une bielle, ainsi qu'au moins une couronne dentée (28), et - un dispositif de commande (31) de la position angulaire de ladite pièce excentrique (21), caractérisé en ce que ledit dispositif de commande (31) comporte: - un arbre d'actionnement (32) muni d'un pignon d'actionnement (33), et - au moins un arbre intermédiaire (40) traversant axialement de part en part un tourillon (14) et ledit bras (17) dudit vilebrequin (12) par un alésage (43) correspondant, ledit arbre intermédiaire (40) étant muni d'un premier pignon intermédiaire (41) engrenant avec ledit pignon d'actionnement (33) et d'un deuxième pignon intermédiaire (41') engrenant avec une pièce excentrique (21). 2. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux arbres intermédiaires (40) munis chacun d'un premier pignon intermédiaire (41) engrenant avec ledit pignon d'actionnement (33) et d'un deuxième pignon intermédiaire (41') engrenant avec une pièce excentrique (21). 3. Moteur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit arbre d'actionnement (32) étant coaxial avec ledit vilebrequin (12), lesdits deux arbres intermédiaires (40) sont positionnés de part et d'autre dudit arbre d'actionnement (32). 4. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins un roulement (44) est interposé radialement entre un arbre intermédiaire (40) et une face dudit alésage (43) correspondant. 5. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (47) dans lequel sont insérés au moins en partie ledit ou lesdits arbres intermédiaires (40). 3052495 10 6. Moteur thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit boîtier (47) comporte au moins un logement (49) formant palier pour le montage en rotation d'une extrémité d'un arbre intermédiaire (40) correspondant. 7. Moteur thermique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit boîtier 5 (47) intègre un pignon (50) en périphérie externe. 8. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'une poulie (18) est fixée sur une face d'extrémité axiale dudit boîtier (47). 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque premier pignon intermédiaire (41) est intégré à un arbre intermédiaire (40) 10 correspondant. 10. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un ratio de vitesse entre la vitesse de rotation de ladite pièce excentrique (21) divisée par la vitesse de rotation dudit pignon d'actionnement (33) est égal à 0.5. 15