Brevet FR3052188A1 — publié le 20171208

PIECE EXCENTRIQUE AMELIOREE POUR UN SYSTEME DE VARIATION DU TAUX DE COMPRESSION D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur une pièce excentrique améliorée pour un système de variation du taux de compression d'un moteur thermique. [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] Par rapport à un moteur conventionnel, l'ajout d'une pièce excentrique entre chaque bielle et maneton du vilebrequin engendre la création d'un premier palier hydrodynamique (ou autres guidages) entre le maneton du vilebrequin et une périphérie interne de la pièce excentrique, et d'un second palier hydrodynamique (ou autres guidages), excentré du premier palier, entre la bielle et la périphérie externe de la pièce excentrique excentré du premier palier selon une distance d'excentricité. [0005] A taux de compression fixe, pour un arbre d'actionnement fixe par rapport au carter-cylindres, chaque pièce excentrique tourne à la moitié de la vitesse du vilebrequin permettant à celui-ci de revenir à sa position angulaire tous les deux tours de vilebrequin, soit tous les quatre temps du moteur. Ce ratio de demi-vitesse est assuré par un choix adéquat du nombre de dents. [0006] A taux de compression variant, le déphasage de la première pièce excentrique, via le pilotage angulaire de l'arbre d'actionnement par rapport au bâti, fait varier la position angulaire de la pièce excentrique, donc la position de la hauteur du piston pendant les quatre temps du moteur et ainsi le taux de compression. Cette cinématique est aussi transmise aux autres pièces excentriques de proche en proche via des arbres et des pignons dits de transfert. 3052188 2 [0007] Toutefois, avec ce type d'architecture, le centre de gravité d'une pièce excentrique est non naturellement confondu les deux axes de guidage de la pièce excentrique, à savoir l'axe du maneton ou du palier intérieur d'excentrique et l'axe de tête de bielle ou du palier extérieur d'excentrique. La demi-vitesse des pièces excentriques et 5 ce désaxage du centre de gravité impliquent alors un déséquilibrage du moteur en une harmonique H0.5. [0008] En outre, cette harmonique présente un phasage angulaire (par rapport à des harmoniques traditionnelles d'un moteur) également continument variable, car elle est fonction de l'angle d'excentrique choisi, ou du taux de compression choisi (et continument 10 variable). L'amplitude de l'harmonique dépend du désaxage du centre de gravité des pièces excentriques par rapport à l'axe du maneton et l'axe de tête de bielle, autrement dit de la position de ce centre de gravité par rapport à une droite confondue avec la direction d'excentricité passant par le centre du maneton et le centre de tête de bielle, et de la masse de la pièce excentrique et de la masse rotative de la bielle. 15 [0009] L'invention vise à réduire au maximum l'amplitude de l'harmonique parasite en proposant un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant un système de variation d'un taux de compression du moteur comprenant: - un vilebrequin comportant au moins un maneton et au moins un bras, - au moins une pièce excentrique montée rotative entre une bielle et un maneton du 20 vilebrequin et munie de deux couronnes dentées, - un premier palier entre une périphérie externe du maneton du vilebrequin et une périphérie interne de la pièce excentrique, - un deuxième palier excentré par rapport au premier palier, entre une périphérie interne de la bielle et une périphérie externe de la pièce excentrique, 25 - une direction d'excentricité passant par un axe de rotation de la pièce excentrique sur le maneton et un axe de rotation de la bielle sur la pièce excentrique, - un premier point d'intersection entre l'axe de rotation de la pièce excentrique sur le maneton et la direction d'excentricité, - un deuxième point d'intersection entre l'axe de rotation de la bielle sur la pièce 30 excentrique et la direction d'excentricité, - un plan normal à la direction d'excentricité passant par le premier point et séparant la pièce excentrique en une première demi-coquille correspondante à une première zone d'excentricité incluant l'axe de rotation de la bielle sur la pièce excentrique, et une deuxième demi-coquille correspondante à une deuxième zone d'excentricité. 3052188 3 caractérisé en ce que la pièce excentrique est configurée de telle façon que son centre de gravité est positionné suivant la direction d'excentricité dans la deuxième zone d'excentricité. [0010] L'invention permet ainsi de diminuer ou de supprimer le déséquilibre naturel en 5 harmonique d'un moteur à taux de compression variable par contrôle du centre de gravité des pièces excentriques sur la droite de direction d'excentricité. En outre, l'invention permet de définir de façon optimum le centre de gravité des pièces excentriques afin de favoriser l'équilibrage local et global du moteur thermique. [0011] Selon une réalisation, le centre de gravité est positionné à une distance mesurée 10 à partir du premier point telle qu'elle vérifie la relation suivante: M E*G=M b r*D Avec : M E étant la masse de l'excentrique, M b r étant la masse rotative de la bielle, et 15 D étant la distance d'excentricité entre le premier point et le deuxième point, et G étant la distance entre le premier point et le centre de gravité. [0012] Selon une réalisation, la pièce excentrique comporte des évidements pour retirer de la masse et/ou des inserts pour ajouter de la masse et/ou une variation de masse volumique entre la première zone d'excentricité et la deuxième zone d'excentricité. 20 [0013] Selon une réalisation, au moins un évidement s'étendant de façon circonférentielle est ménagé entre une périphérie interne et une périphérie externe d'au moins une couronne dentée de la pièce excentrique dans la première demi-coquille. [0014] Selon une réalisation, une série de trous borgnes sont ménagées entre la périphérie interne et la périphérie externe d'au moins une couronne dentée de la pièce 25 excentrique. [0015] Selon une réalisation, au moins un évidement s'étendant de façon circonférentielle et suivant toute une largeur de la pièce excentrique est ménagé entre la périphérie interne et la périphérie externe des couronnes dentées dans la première demi-coquille. 3052188 4 [0016] Selon une réalisation, des trous ayant un axe d'orientation radiale par rapport aux axes de rotation de la pièce excentrique et de la bielle et symétriques par rapport à la direction d'excentricité sont réalisés dans la première demi-coquille. [0017] Selon une réalisation, les inserts sont positionnés entre la périphérie interne et la 5 périphérie externe des couronnes dentées dans la deuxième demi-coquille. [0018] Selon une réalisation, les inserts sont vissés ou emmanchés à l'intérieur de trou ou de taraudages de forme correspondante. [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 10 mais nullement limitatif de l'invention. [0020] La figure 1 est une vue de côté illustrant l'intégration dans le vilebrequin d'un système de variation de taux de compression d'un moteur thermique selon la présente invention; [0021] La figure 2 est une vue de face et en coupe illustrant deux positions angulaires 15 d'une pièce excentrique du système de variation de taux de compression d'un moteur thermique selon la présente invention; [0022] La figure 3 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 4a à 4d sont des vues en perspective d'une pièce excentrique selon 20 l'invention dont l'équilibrage a été obtenu par retrait de matière au niveau de la première demi-coquille; [0024] La figure 5 est une vue en perspective d'une pièce excentrique selon l'invention dont l'équilibrage a été obtenu par retrait et ajout de matière respectivement en première et deuxième demi-coquille. 25 [0025] 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 thermique 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 30 taux de compression peut être diminué afin d'éviter les à-coups. 3052188 5 [0026] 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 manetons 13, et de tourillons 14, séparés par des bras 17 s'étendant sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe X. Le vilebrequin 12 présente en outre une 5 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 cela est mieux visible sur la figure 3, chaque pièce excentrique 21 comporte également 10 une portion centrale 30 de forme globalement annulaire d'orientation axiale et deux couronnes dentées 28 s'étendant radialement de part et d'autre de la portion centrale 30. [0028] Comme cela est représenté sur la figure 2, un premier palier hydrodynamique 41 est situé entre une périphérie externe du maneton 13 du vilebrequin 12 et une périphérie interne 29 de la portion centrale 30 de la pièce excentrique 21. Un deuxième palier 15 hydrodynamique 44, excentré par rapport au premier palier 41, est situé entre une périphérie interne d'une bielle 26 et une périphérie externe 25 de la portion centrale 30 de la pièce excentrique 21 excentré par rapport au premier palier 41. En l'occurrence, la périphérie externe 25 est destinée à coopérer avec la périphérie d'une grande extrémité de la bielle 26, laquelle a sa petite extrémité liée en rotation avec un piston 27 du moteur. 20 [0029] On définit une direction d'excentricité d comme étant la droite passant par un axe de rotation Rm de la pièce excentrique 21 sur le maneton 13 et un axe de rotation Rb de la bielle 26 sur la pièce excentrique 21 ainsi que, de préférence, par le plan médian de la pièce excentrique 21 normal aux axes Rm et Rb. On définit également un premier point Om correspondant à l'intersection entre l'axe de rotation Rm de la pièce excentrique 21 25 sur le maneton 13 (soit l'axe du premier palier 41) et la direction d'excentricité d. Un deuxième point Ob correspond à l'intersection entre l'axe de rotation Rb de la bielle 26 sur la pièce excentrique 21 (soit l'axe du deuxième palier 44) et la direction d'excentricité d. [0030] Un plan A, normal à la direction d'excentricité d, passant par le premier point Om sépare la pièce excentrique 21 en une première demi-coquille 46 correspondante à une 30 première zone d'excentricité incluant l'axe de rotation Rb de la bielle 26 sur la pièce excentrique 21, et une deuxième demi-coquille 47 correspondante à une deuxième zone d'excentricité. [0031] Afin de diminuer ou supprimer un déséquilibre naturel en harmonique du moteur à taux de compression variable, la pièce excentrique 21 est configurée de telle façon que 3052188 6 son centre de gravité CG est positionné suivant la direction d'excentricité d dans la deuxième zone d'excentricité 47. [0032] De préférence, le centre de gravité CG est positionné à une distance G mesurée à partir du premier point Om telle qu'elle vérifie la relation suivante: 5 M E*G=M b r*D Avec : M E étant la masse de l'excentrique, M b r étant la masse rotative de la bielle, D étant la distance d'excentricité entre le premier point Om et le deuxième point Ob, et 10 G étant la distance entre le premier point Om et le centre de gravité CG. [0033] Afin d'assurer un positionnement optimal de son centre de gravité, la pièce excentrique 21 comporte des évidements pour retirer de la masse et/ou des inserts pour ajouter de la masse et/ou une variation de masse volumique entre la première zone d'excentricité 46 et la deuxième zone d'excentricité 47. 15 [0034] Comme cela est représenté sur la figure 4a, afin de réduire la masse en première demi-coquille 46, un ou plusieurs évidements 48 s'étendant de façon circonférentielle sont ménagés entre la périphérie interne et la périphérie externe des couronnes dentée 28 de la pièce excentrique 21 dans la première demi-coquille 46. Ces évidements 48, réalisés dans la paroi des couronnes dentées 28, présentent ainsi une forme de "haricot" et sont 20 axialement borgnes. [0035] Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4b, une série de trous borgnes 49 sont ménagées entre la périphérie interne et la périphérie externe des couronnes dentées 28 de la pièce excentrique 21. Les trous 49 de la série ayant un axe s'étendant parallèlement aux axes Rm et Rb pourront présenter un diamètre sensiblement 25 identique et être situés suivant une même circonférence. En variante, les trous 49 pourront présenter des diamètres différents et être positionnés suivant des circonférences différentes. La forme des trous 49 dépend de l'application et en particulier de la configuration de la pièce excentrique 21. [0036] Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4c, un ou plusieurs 30 évidements 50 s'étendant de façon circonférentielle et suivant toute une largeur de la pièce excentrique 21 sont ménagés entre la périphérie interne et la périphérie externe des couronnes dentées 28 dans la première demi-coquille 46. Ces évidements 50, réalisés 3052188 7 dans la paroi des couronnes dentées 28 présentent ainsi une forme de "haricot" traversant. [0037] Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4d, des trous 51 ayant un axe d'orientation radiale par rapport aux axes Rm et Rb et symétriques par rapport à la 5 direction d'excentricité d sont réalisés dans la première demi-coquille 46. Ces trous 51 sont réalisés dans une paroi annulaire d'orientation axiale de la portion centrale 30. En fonction de l'application et du besoin d'équilibrage, ces trous 51 pourront être borgnes ou traversants. [0038] Mis à part la création d'évidements sur toute la largeur de la première demi- 10 coquille 46, il est possible de faire les mêmes suppressions de matière sur la deuxième demi-coquille 47 et remplir les vides par des inserts 52 ayant une masse volumique plus importante que la matière initiale de la pièce excentrique 21, comme cela est représenté sur la figure 5. [0039] La pièce excentrique 21 étant en acier d'une masse volumique de l'ordre de 7500 15 kg/m3, la deuxième demi-coquille 47 pourra comporter des inserts 52, par exemple vissés ou emmanchés à l'intérieur de trous ou taraudages 54 de forme correspondante, positionnés entre la périphérie interne et la périphérie externe des couronnes dentées 28 dans la deuxième demi-coquille 47. [0040] Cela permet une augmentation de masse de la deuxième demi-coquille 47. Tous 20 les inserts 52 à masse volumique supérieure sont envisageables, par exemple du platine d'une masse volumique d'environ 21450 kg/m3, de l'uranium d'une masse volumique d'environ 18700 kg/m3, du tungstène d'une masse volumique d'environ 19300 kg/m3. [0041] 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 25 l'ensemble. Alternativement, le vilebrequin 12 est monobloc, tandis que les pièces excentriques 21 sont formées de deux demi-coquilles 46, 47 montées autour de chaque maneton 13 comme cela est décrit précédemment. [0042] Comme cela est représenté sur la figure 3, un dispositif de commande 31 permet de régler la position angulaire des pièces excentriques 21. A cet effet, le dispositif de 30 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 d'une part avec le pignon d'actionnement 33 3052188 8 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. [0043] En fonctionnement et lorsque l'arbre d'actionnement 32 est fixe en rotation par rapport au bâti, le système présente une configuration de taux de compression fixe. En 5 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 57, tel qu'un engrenage à roue et vis sans fin, ou tout autre moyen de déplacement de l'arbre adapté. 10 [0044] Autrement dit, le déphasage des pièces excentriques, via le pilotage angulaire de l'arbre d'actionnement par rapport au bâti, fait varier la position angulaire de la pièce excentrique 21, et la position de la hauteur HP du piston 27 (cf. figure 2) pendant les quatre temps du moteur et ainsi le taux de compression. [0045] Un rapport de démultiplication entre le pignon d'actionnement 33 et la couronne 15 dentée 28 d'excentrique est sensiblement égal à 0,5. Cela permet de garantir une rotation de la pièce excentrique 21 à demi-vitesse par rapport à la vitesse de rotation du vilebrequin 12. [0046] En outre, 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 20 située du côté de l'arbre d'actionnement 32 de proche 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. REVENDICATIONS1. Moteur thermique, notamment de véhicule automobile, comportant un système (11) de variation d'un taux de compression dudit moteur comprenant: - un vilebrequin (12) comportant au moins un maneton (13) et au moins un bras (17), - au moins une pièce excentrique (21) montée rotative entre une bielle (26) et un maneton (13) dudit vilebrequin (12) et munie de deux couronnes dentées (28), - un premier palier (41) entre une périphérie externe du maneton (13) dudit vilebrequin (12) et une périphérie interne (29) de ladite pièce excentrique (21), - un deuxième palier (44) excentré par rapport audit premier palier (41), entre une périphérie interne de ladite bielle (26) et une périphérie externe (25) de ladite pièce excentrique (21), - une direction d'excentricité (d) passant par un axe de rotation (Rm) de ladite pièce excentrique (21) sur ledit maneton (13) et un axe de rotation (Rb) de ladite bielle (26) sur ladite pièce excentrique (21), - un premier point d'intersection (Om) entre ledit axe de rotation (Rm) de ladite pièce excentrique (21) sur ledit maneton (13) et ladite direction d'excentricité (d), - un deuxième point d'intersection (Ob) entre ledit axe de rotation (Rb) de ladite bielle (26) sur ladite pièce excentrique (21) et ladite direction d'excentricité (d), - un plan (A) normal à ladite direction d'excentricité (d) passant par ledit premier point (Om) et séparant ladite pièce excentrique (21) en une première demi-coquille (46) correspondante à une première zone d'excentricité incluant ledit axe de rotation (Rb) de ladite bielle (26) sur ladite pièce excentrique (21), et une deuxième demi-coquille (47) correspondante à une deuxième zone d'excentricité, caractérisé en ce que ladite pièce excentrique (21) est configurée de telle façon que son centre de gravité (CG) est positionné suivant ladite direction d'excentricité (d) dans ladite deuxième zone d'excentricité (47). 2. Moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit centre de gravité (CG) est positionné à une distance (G) mesurée à partir dudit premier point (Om) telle qu'elle vérifie la relation suivante: M_E*G=M_b_r*D Avec : M E étant la masse de l'excentrique, M b r étant la masse rotative de la bielle, et 3052188 10 D étant la distance d'excentricité entre le premier point (Om) et le deuxième point (Ob), et G étant la distance entre le premier point (Om) et le centre de gravité (CG). 3. Moteur thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite pièce 5 excentrique (21) comporte des évidements pour retirer de la masse et/ou des inserts pour ajouter de la masse et/ou une variation de masse volumique entre ladite première zone d'excentricité (46) et ladite deuxième zone d'excentricité (47). 4. Moteur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un évidement (48) s'étendant de façon circonférentielle est ménagé entre une périphérie 10 interne et une périphérie externe d'au moins une couronne dentée (28) de ladite pièce excentrique (21) dans ladite première demi-coquille (46). 5. Moteur thermique selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'une série de trous borgnes (49) sont ménagées entre ladite périphérie interne et ladite périphérie externe d'au moins une couronne dentée (28) de ladite pièce excentrique (21). 15 6. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que au moins un évidement (50) s'étendant de façon circonférentielle et suivant toute une largeur de ladite pièce excentrique (21) est ménagé entre ladite périphérie interne et ladite périphérie externe desdites couronnes dentées (28) dans la première demi-coquille (46). 20 7. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que des trous (51) ayant un axe d'orientation radiale par rapport aux axes (Rm, Rb) de rotation de ladite pièce excentrique (21) et de ladite bielle (26) et symétriques par rapport à ladite direction d'excentricité (d) sont réalisés dans ladite première demi-coquille (46). 25 8. Moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que lesdits inserts (52) sont positionnés entre ladite périphérie interne et ladite périphérie externe desdites couronnes dentées (28) dans ladite deuxième demi-coquille (47). 9. Moteur thermique selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits inserts (52) 30 sont vissés ou emmanchés à l'intérieur de trou ou de taraudages (54) de forme correspondante.