Brevet FR3051876A1 — publié le 20171201

MACHINE A PISTON A LIAISON ROTULE La présente invention se rapporte aux machines à piston à liaison rotule. Le cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à piston dit à 4 temps se décompose de manière analytique en quatre temps ou phases : admission, compression, (combustion) détente, échappement. Le mouvement du piston est initié par la combustion d'un mélange de carburant et d'air qui a lieu durant ce cycle. Le piston se déplace pendant le démarrage grâce à une source d'énergie externe, souvent par l'intermédiaire d'un démarreur, jusqu'à ce qu'au moins une combustion et une détente produise une force capable d'assurer les trois autres temps. Le moteur fonctionne dès lors seul et produit un couple sur son arbre de sortie. Afin de réduire la consommation et donc les émissions polluantes, sans faire de concession sur la puissance, il est connu de réduire la cylindrée du moteur tout en augmentant la puissance délivrée par chaque cylindre. Cependant une telle augmentation de la puissance conduit à une augmentation des pressions dans les cylindres, ce qui induit des problèmes de tenue mécaniques et d'augmentation de perte moteur par frottement encore désigné PMF. Le piston coulissant dans une chemise, la zone Segment - Piston - Chemise représente une part élevée des pertes moteur par frottement. En effet, l'établissement d'une vitesse nulle au Point Mort Haut (PMH) et au Point Mort Bas (PMB) durant le fonctionnement classique d'un moteur à quatre temps implique des régimes de lubrifications limites avec un frottement important métal-métal, car les surfaces ne sont plus séparées par l'huile, et par conséquent une forte augmentation des PMF à ces deux stades. Il est connu par exemple document FR3005132 de faire tourner le piston de sorte à maintenir un film d'huile à ces deux stades et ainsi réduire les PMF. Dans ce document, le piston est relié à une bielle par une liaison rotule. La bielle comprend une canalisation d'amenée d'huile de lubrification de la tête de la bielle vers le pied de la bielle où se trouve la sphère de la liaison rotule. La mise en rotation du piston est alors provoquée par la circulation de l'huile à la surface de la sphère qui par frottement visqueux va faire tourner le piston. Cependant dans certaines conditions de régime moteur la vitesse de 3051876 2 l'huile à la surface de la sphère peut être insuffisante pour entrainer correctement le piston. Par conséquent, il existe toujours un besoin pour améliorer la vitesse de l'huile à la 5 surface de la sphère afin de mieux maitriser la rotation du piston et donc le régime de lubrification entre le piston et la chemise du moteur, en particulier au Point Mort Haut (PMH) et au Point Mort Bas (PMB). Un but de la présente invention est d'améliorer la rotation du piston et donc le régime de 10 lubrification entre le piston et la chemise du moteur au Point Mort Bas. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention une machine comprenant : -un carter-cylindre comportant un cylindre, -un piston articulé sur une bielle par une liaison rotule, le piston pouvant coulisser dans le 15 cylindre entre un point mort haut et un point mort bas, caractérisée en ce que le piston comprend une jupe de piston et un aimant annulaire disposé sur l'extrémité de la jupe, et le carter cylindre comprend un électro-aimant, disposé de sorte que la distance entre l'aimant et l'électro-aimant est minimum lorsque le piston est au point mort bas, l'électro-aimant et l'aimant étant agencés de sorte que 20 l'activation de l'électro-aimant génère une force de répulsion de l'aimant par rapport à l'électro-aimant avec une composante tangentielle au piston. L'effet technique est que la composante tangentielle permet d'imprimer une rotation du piston sur lui-même au niveau du PMB et donc d'améliorer le régime de lubrification entre 25 le piston et la chemise du moteur à cet endroit. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : 30 Dans une variante, l'électro-aimant comprend une surface orientée vers l'aimant et inclinée par rapport à celui-ci d'un angle d'inclinaison dans un plan tangentiel au piston compris entre 5° et 45°, ce qui permet un compromis entre l'intensité de la force tangentielle qui augmente quand l'angle augmente et la baisse de l'intensité de la force magnétique qui baisse quand l'angle augmente dû à l'écartement moyen entre l'aimant et 35 l'électro-aimant. 3051876 3 De préférence, pour un meilleur compromis, cet angle d'inclinaison dans un plan tangentiel au piston est compris entre 7° et 15°. En variante, la machine comprend un module de commande de l'électro-aimant configuré 5 pour activer l'électro-aimant lorsque le piston arrive au point mort bas. En variante, le module de commande de l'électro-aimant est configuré pour désactiver l'électro-aimant lorsque le piston a parcouru à partir du point mort bas entre 0 et 5mm de sa course de remontée vers le point mort haut. 10 En variante, l'aimant annulaire est un aimant samarium cobalt, qui permet de tenir les contraintes thermiques. En variante, l'aimant annulaire est monté en force dans la jupe de piston. 15 En variante, l'électro-aimant est implanté dans le carter cylindre par surmoulage. En variante, la machine est un moteur à combustion interne. 20 L'invention porte également sur un véhicule comprenant une telle machine. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux 25 figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation en coupe axiale du piston dans son cylindre, au point mort bas. - La figure 2 est une représentation schématique dans un plan tangent à la jupe de piston 30 du positionnement de l'électro-aimant relativement à l'aimant de la jupe de piston, lorsque le piston est au point mort bas. La figure 1 présente en coupe axiale un mode de réalisation d'une partie d'une machine à piston. La machine à piston peut avantageusement être un moteur thermique à piston, ce 35 moteur thermique pouvant lui-même équiper un véhicule. 3051876 4 Sur la figure 1, est représenté un piston 1 et une bielle 2. Le piston comprend un corps de forme extérieure cylindrique s'étendant selon un axe central Z. La bielle 2 comprend un embout sphérique 3 formant le pied de bielle. Le piston 1 est 5 articulé sur la bielle 2 par une liaison rotule entre une surface sphérique 51 appartenant au piston 1 et une surface sphérique S2 appartenant à l'embout sphérique 5 de la bielle 2. La bielle 2 comprend de plus une conduite 4 interne traversant la bielle 2 et l'embout sphérique 3 pour déboucher au niveau de l'embout sphérique 3 par un orifice 5 de sortie. 10 Cette conduite 4 a pour fonction d'amener un lubrifiant, tel que de l'huile sous pression vers la liaison rotule. La bielle 2 est destinée à être reliée à un vilebrequin (non représenté). En fonctionnement, l'huile de lubrification traverse la conduite interne 4 et débouche au 15 niveau de la liaison rotule par l'orifice 5 de sortie pour venir s'intercaler entre les deux surfaces 51, S2, former un film huile et réduire les frottements entre les deux surfaces 51, S2. Le piston 1 peut comprendre un volume 6, tel qu'une calotte sphérique, en retrait de la surface sphérique 51 et permettant de faire une réserve d'huile. 20 Le piston 1 peut coulisser dans un cylindre 7 appartenant à un carter cylindre 8. La bielle 2 est maintenue en translation par rapport au piston 1 à l'aide d'une coupelle 9 de fermeture, fixée au piston 1. En fonctionnement, la position du piston 1 évolue dans le cylindre 7 entre deux positions axiales extrêmes, nommées classiquement point mort haut et point mort bas. 25 Pour aider au guidage du piston 1 dans le cylindre 7, le piston comprend une jupe 10. A l'extrémité de cette jupe 10 est fixé un aimant 11 annulaire. L'aimant 11 annulaire peut être fixé simplement à la jupe par exemple par un montage en force. 30 Dans le cas d'un moteur thermique, afin de tenir aux contraintes thermomécaniques on peut prévoir un aimant en samarium cobalt. Un électro-aimant 12 est également implanté dans le carter cylindre 8. L'électro-aimant 12 est relié à un module 13 de commande configuré pour alimenter électriquement l'électro- 35 aimant 12. Afin de pouvoir piloter l'électro-aimant 12 aux moments appropriés, le module 13 de commande est également configuré pour piloter sont fonctionnement en fonction du temps. 3051876 5 L'électro-aimant 12 peut être implanté dans le carter cylindre 8 par surmoulage. Comme présenté en figure 2, l'électro-aimant 12 est fixé dans le carter cylindre 8 dans la 5 zone du point mort bas du piston 1. L'implantation du l'électro-aimant 12 est telle que la distance entre l'aimant 11 et l'électro-aimant 12 est minimum lorsque le piston 1 est au point mort bas. L'électro-aimant 12 et l'aimant 11 sont également agencés de sorte que l'activation de 10 l'électro-aimant 12 génère une force de répulsion de l'aimant 11 par rapport à l'électro- aimant 12. Le sens du courant traversant l'électroaimant 12 et la polarité de l'aimant 11 sont donc choisi en conséquence. L'électro-aimant 12 et l'aimant 11 sont également agencés de sorte que cette force de répulsion l'aimant 11 par rapport à l'électro-aimant 12 comprenne une composante tangentielle Ft au piston 1. 15 Dans ce mode de réalisation, l'électro-aimant 12 comprend une surface 14 orientée vers l'aimant 11 et inclinée par rapport à celui-ci d'un angle A d'inclinaison dans un plan tangentiel au piston 1 passant par l'électro-aimant 12 et l'aimant 11 compris entre 5° et 45°, de préférence entre 7° et 15° pour un comprorii entre composante tangentielle et 20 écartement entre l'aimant et l'électro-aimant. En raison de l'implantation inclinée de l'électro-aimant 12, la composante tangentielle Ft de la force de répulsion générée permet d'imprimer une rotation au piston 1 lorsque le piston est au point mort bas, ce qui permet de maintenir un régime de lubrification 25 réduisant les frottements par contact métal / métal entre le piston 1 et le cylindre 7. Un seul électro-aimant 12 est ici représenté, mais on peut prévoir d'associer un groupe d'électro-aimants 12 au cylindre 6 pour intensifier la force répulsion. 30 La force de répulsion comprend également une composante axiale Fa, qui peut avantageusement participer à la remontée du piston 1. A cet effet il est prévu que le module 13 de commande soit configuré pour activer l'électro-aimant 12 lorsque le piston 1 arrive au point mort bas, afin de ne pas freiner le piston 1 dans sa descente. 35 Afin d'économiser de l'énergie électrique, il est prévu que le module 13 de commande soit configuré pour désactiver l'électro-aimant 12 quand l'aimant 11, au cours de la remontée du piston 1 vers le point mort haut, est jugé trop éloigné de l'électro-aimant 12 pour 3051876 6 obtenir une composante axiale Fa de force de répulsion significative. A cet effet, par exemple, le module 13 de commande est configuré pour désactiver l'électro-aimant 12 lorsque le piston 1 a démarré sa course rectiligne de remontée vers le point mort haut. Considérant la fréquence de rotation du vilebrequin, nous privilégierons une désactivation 5 entre 0 et 5mm parcourus à partir du point mort bas. L'invention participe à la réduction des frottements piston / cylindre et donc contribue dans le cas d'un moteur thermique à la réduction de consommation de carburant et des émissions de CO2. En pilotant l'électro-aimant quand le piston est au point mort bas on génère également une force axiale Fa qui aide le piston dans sa course vers le point mort haut. Ainsi le moteur est assisté électriquement. 10 15 REVENDICATIONS1. Machine comprenant : -un carter cylindre (8) comportant un cylindre (7), -un piston (1) articulé sur une bielle (2) par une liaison rotule, le piston (1) pouvant coulisser dans le cylindre (7) entre un point mort haut et un point mort bas, caractérisée en ce que le piston (1) comprend une jupe (10) de piston et un aimant (11) annulaire disposé sur l'extrémité de la jupe (10), et le carter cylindre (8) comprend un électro-aimant (12), disposé de sorte que la distance entre l'aimant (11) et l'électro-aimant (12) est minimum lorsque le piston (1) est au point mort bas, l'électro-aimant (12) et l'aimant (11) étant agencés de sorte que l'activation de l'électro-aimant (12) génère une force de répulsion de l'aimant (11) par rapport à l'électro-aimant (12) avec une composante tangentielle (Ft) au piston (1). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électro-aimant (12) comprend une surface (14) orientée vers l'aimant (11) et inclinée par rapport à celui-ci d'un angle (A) d'inclinaison dans un plan tangentiel au piston (1) compris entre 5° et 45°. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'angle (A) d'inclinaison dans un plan tangentiel au piston (1) est compris entre 7° et 15°. 4. Machine l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un module (13) de commande de l'électro-aimant (12) configuré pour activer l'électro-aimant (12) lorsque le piston (1) arrive au point mort bas. 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que le module (13) de commande de l'électro-aimant (12) est configuré pour désactiver l'électro-aimant (12) lorsque le piston (1) a parcouru à partir du point mort bas entre 0 et 5mm de sa course de remontée vers le point mort haut. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'aimant annulaire est un aimant samarium cobalt. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'aimant (11) annulaire est monté en force dans la jupe (10) de piston. 3051876 8 8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'électro-aimant (12) est implanté dans le carter cylindre (8) par surmoulage. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il s'agit d'un moteur à combustion interne. 5 10. Véhicule caractérisé en ce qu'il comprend une machine selon la revendication précédente.