Brevet FR3081929A1 — publié le 20191206

DISPOSITIF DE CHEMISE POUR VERIN DE COMMANDE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un vérin de commande pour contrôler le rapport volumétrique d'un moteur à combustion interne. Elle concerne plus précisément un dispositif de chemise pour le cylindre dudit vérin de commande. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION On connaît du document FR3029977 un moteur 150 à rapport volumétrique variable visant à améliorer son rendement énergétique global et donc à le rendre plus économe. Pour chaque cylindre de combustion 110 du moteur 150, le rapport volumétrique est contrôlé par l'intermédiaire d'un dispositif de contrôle comportant un vérin de commande constitué d'un piston de commande 12 guidé dans un cylindre de commande 112 formé dans le bloc-cylindres 100 du moteur 150 (figure 1). Les éléments du moteur 150 peuvent être réalisés en des matériaux différents afin d'optimiser le poids d'ensemble du moteur sans compromettre ses performances. Le bloc-cylindres 100 est habituellement réalisé en aluminium. Compte tenu des efforts mécaniques importants appliqués par le piston de commande 12 sur les parois du cylindre de commande 112, il est nécessaire de munir ledit cylindre 112 d'une chemise 200 en acier, disposée contre ses parois internes, sur laquelle va coulisser le piston de commande 12. Il est donc d'usage de disposer une chemise 200 en 2 acier sur les parois du cylindre de commande 112 en aluminium. Une caractéristique essentielle requise pour la 5 chemise 200 du cylindre de commande 112 est sa capacité à demeurer solidaire des parois internes du cylindre 112 pendant le fonctionnement du moteur : si elle bouge, elle va provoquer des nuisances sonores (claquements) et une usure prématurée des éléments du vérin de commande ; de 10 plus, elle risque de générer des fuites du lubrifiant présent de part et d'autre du piston de commande 12, par défaut d'étanchéité. Or, du fait des échauffements du moteur pouvant aller jusqu'à 200-250°C, la différence de coefficient de 15 dilatation thermique entre l'acier (formant la chemise 200) et l'aluminium (formant le cylindre de commande 112) peut induire des déplacements de la chemise 200 par rapport aux parois internes du cylindre 112. 20 C'est la raison pour laquelle la chemise 200 est habituellement solidarisée au cylindre de commande 112 par frettage. Un tel assemblage par frettage suppose que le cylindre 112 (donc le bloc-cylindres 100) soit monté à une température de l'ordre de 120°C, de manière à le dilater et 25 permettre l'introduction de la chemise 200 avec un ajustement serré. On comprend qu'un tel assemblage est complexe et susceptible d'augmenter les coûts de fabrication du moteur 150. 30 Par ailleurs, un capot de fermeture 120 est habituellement fixé sur le bloc-cylindres 100, pour fermer le (ou les) cylindre(s) de commande 112. Ledit capot de fermeture 120 est réalisé en acier pour supporter les 35 efforts de combustion du moteur agissant directement sur le 3 piston de combustion 2, et retransmis au piston de commande 12 par l'intermédiaire de la roue et des crémaillères (figure 1). Le capot de fermeture 120 est fixé sur le bloc-cylindres 100 par une pluralité de vis. La dilation 5 différentielle du capot 120 et du bloc-cylindres 100 est également susceptible de dégrader l'étanchéité entre le capot 120 et le cylindre de commande 112. 10 OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique. Elle 15 propose en particulier un dispositif de chemise pour cylindre de commande plus simple de mise en oeuvre et présentant une capacité améliorée à demeurer solidaire des parois internes du cylindre pendant le fonctionnement du moteur. 20 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION 25 La présente invention concerne un bloc-cylindres pour un moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre de commande et un dispositif de chemise disposé dans ledit cylindre. Le dispositif de chemise comprend : - Une chemise cylindrique comprenant au moins une gorge 30 circonférentielle et une collerette supérieure, - Un joint torique disposé dans la gorge, en contact avec des parois internes du cylindre de commande, - Un capot discoïde pour fermer une extrémité supérieure de la chemise, comprenant des ailettes périphériques 35 flexibles, maintenues en position d'appui contre la 4 collerette supérieure par une plaque de fermeture fixée sur le bloc-cylindres. 5 Le contact entre la chemise cylindrique et les parois internes du cylindre de commande se fait par l'intermédiaire du (au moins un) joint torique : cela permet un positionnement aisé de la chemise dans le cylindre et assure l'étanchéité de la liaison mécanique 10 entre ces deux pièces, même lorsqu'elles subissent des dilatations différentielles liées aux échauffements du moteur en fonctionnement. Les ailettes flexibles assurent un effet ressort pour compenser des jeux de fonctionnement (eux aussi, potentiellement liés à des dilatations 15 différentielles) ou des tolérances de fabrication pouvant exister entre les pièces en contact (cylindre du bloc-cylindres, chemise, plaque de fermeture). Le dispositif de chemise selon l'invention permet ainsi de maintenir solidaire la chemise contre le cylindre 20 de commande lorsque le moteur est en fonctionnement et quelque soit l'échauffement subi par le bloc-cylindres, limitant les jeux mécaniques ou les défauts d'étanchéité liés aux dilatations ou contractions différentielles des pièces en contact. 25 Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : 30 - chaque ailette est apte à subir une déformation plastique lors de la mise en position d'appui ; - le capot discoïde comprend une partie centrale cylindrique en contact avec des parois cylindriques internes de la chemise, ladite partie centrale 35 comprenant une gorge dans laquelle un joint torique 5 est disposé pour assurer l'étanchéité de fermeture d'une extrémité supérieure de la chemise ; - une première portion de chaque ailette est en contact avec la plaque de fermeture et une deuxième portion 5 de chaque ailette est en contact avec la collerette supérieure ; - la collerette supérieure de la chemise est en appui sur au moins un premier épaulement ménagé sur les parois internes du cylindre ; 10 - une extrémité inférieure de la chemise est en appui sur au moins un deuxième épaulement ménagé sur les parois internes du cylindre ; - la chemise comporte trois gorges pour accueillir dans chacune d'elles un joint torique en contact avec les 15 parois internes du cylindre ; - la chemise comprend une première série d'orifices répartis sur son pourtour pour permettre la circulation d'un lubrifiant depuis un premier réservoir vers une première chambre d'un vérin de 20 commande formé par le cylindre de commande et un piston de commande ; - la chemise comprend une deuxième série d'orifices également répartis sur son pourtour pour permettre la circulation d'un lubrifiant depuis un deuxième 25 réservoir vers une deuxième chambre du vérin de commande ; la première et la deuxième chambre étant situées respectivement au-dessus et en-dessous du piston de commande ; - le premier réservoir et le deuxième réservoir sont 30 aménagés entre la chemise et les parois internes du cylindre de commande, chaque réservoir étant positionné axialement entre deux joints toriques ; - chaque réservoir est alimenté en lubrifiant par l'intermédiaire d'un conduit intégré au bloc- 35 cylindres ; 6 - le dispositif de chemise est en acier, le bloc-cylindres et la plaque de fermeture sont en aluminium. 5 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de 10 l'invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles : - La figure 1 présente une vue en coupe d'un moteur à 15 combustion interne à rapport volumétrique variable, comprenant un vérin de commande, selon l'état de la technique ; - La figure 2 présente un vérin de commande dans un bloc-cylindres conforme à l'invention ; 20 - La figure 3 présente un dispositif de chemise dans un bloc-cylindres conforme à l'invention ; - Les figures 4a et 4b présentent une chemise du dispositif de chemise conforme à l'invention, respectivement en vue latérale et en perspective ; 25 - Les figures 5a et 5b présentent un capot du dispositif de chemise conforme à l'invention, respectivement en coupe et en perspective ; - La figure 6 présente une plaque de fermeture du dispositif de chemise conforme à l'invention. 30 Les mêmes références sur les figures pourront être utilisées pour identifier des éléments de même nature. 35 7 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention trouve un intérêt tout particulier pour 5 un moteur à rapport volumétrique variable pour lequel le rapport volumétrique est commandé par l'intermédiaire d'un vérin de commande. La figure 1 présente un exemple particulier d'un tel moteur, désigné par la dénomination commerciale VCRiTM et dont on peut trouver une description 10 générale dans des documents de l'art antérieur, dont celui cité dans l'état de la technique. La présente invention concerne un bloc-cylindres 100 d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un 15 vérin de commande formé par un cylindre de commande 112 et un piston de commande 12 (figure 2). Le bloc-cylindres 100 selon l'invention comprend également un dispositif de chemise 200 disposé dans ledit cylindre 112. 20 Le dispositif de chemise 200 comprend une chemise cylindrique 210, d'axe central z, destinée à être disposée le long des parois internes du cylindre de commande 112 (figures 2 et 3). La chemise 210 présente une extrémité supérieure 211 ouverte et une extrémité inférieure 212 25 également ouverte. Notons que les termes « supérieure » et « inférieure » sont employés ici relativement à la position de la chemise 210 dans le bloc-cylindres 100 lorsque ce dernier est installé dans le moteur. L'extrémité inférieure est configurée pour 30 autoriser le coulissement de la tige du piston de commande 12. Le piston de commande 12 est destiné à coulisser contre la paroi cylindrique interne de la chemise 210. La chemise 210 comprend au moins une gorge 35 circonférentielle 201 sur sa paroi cylindrique extérieure. 8 Avantageusement, trois gorges circonférentielles 201 sont formées sur la paroi extérieure de la chemise 210. Un joint torique est disposé dans la (ou les) gorge(s) 201 et établit le contact mécanique avec les 5 parois internes du cylindre de commande 112. La présence de ce (ces) joint(s) torique(s) permet d'assurer l'étanchéité de la liaison mécanique entre la chemise 210 et le cylindre de commande 112, même lors des échauffements du moteur en fonctionnement, susceptibles de générer des dilations 10 différentielles de ces deux pièces. La chemise 210 comprend également une collerette supérieure 202, au niveau de son extrémité supérieure 211. Avantageusement, la collerette supérieure 202 de la 15 chemise est en appui sur au moins un premier épaulement 113 aménagé sur les parois internes du cylindre 112 (figure 3). Avantageusement, une extrémité inférieure 212 de la chemise 210 est également en appui sur au moins un deuxième épaulement 114 aménagé sur les parois internes du cylindre 20 112. Selon un mode de réalisation préférentiel, la chemise 210 comprend une première série d'orifices 203 répartis sur son pourtour (figures 3, 4a et 4b). Cette 25 première série d'orifices 203 permet la circulation d'un lubrifiant depuis un premier réservoir 115 vers une première chambre 116 du vérin de commande (figure 2). La chemise 210 comprend également une deuxième série d'orifices 204 répartis sur son pourtour pour permettre la 30 circulation d'un lubrifiant depuis un deuxième réservoir 117 vers une deuxième chambre 118 du vérin de commande. Comme illustré sur la figure 2, la première et la deuxième chambre 116, 118 sont situées respectivement au-dessus et en-dessous du piston de commande 12. 35 9 Le premier réservoir 115 et le deuxième réservoir 117 sont aménagés entre la chemise 210 et les parois internes du cylindre de commande 112, du fait de la présence d'épaulements sur lesdites parois. Dans ce mode de 5 réalisation préférentiel, la chemise 210 présente trois gorges circonférentielles 201 accueillant chacune un joint torique : chaque réservoir 115, 117 est positionné, selon l'axe z, entre deux joints toriques ; cela permet de maintenir l'étanchéité entre les réservoirs 115, 117. 10 Par ailleurs, chaque réservoir 115, 117 est alimenté en lubrifiant par l'intermédiaire d'un conduit (non représenté) intégré au bloc-cylindres 100. 15 Le dispositif de chemise 200 comprend en outre un capot discoïde 220 pour fermer l'extrémité supérieure 211 de la chemise 210. Le capot 220 comprend des ailettes périphériques 221 flexibles (figure 5a et 5b). Par « flexible », on 20 entend apte à subir une déformation élastique. Chaque ailette 221 s'étend radialement par rapport au centre du capot 220 : elle est solidaire d'une partie centrale 222 du capot 220 d'une part, et libre à son extrémité d'autre part. Chaque ailette 221 est sensiblement inclinée par 25 rapport au plan (x,y) perpendiculaire à l'axe central z (figure 5a). Une ailette 221 pourra par exemple présenter les dimensions suivantes : longueur (dimension radiale) 10 mm, largeur (dimension tangentielle) 10 mm et épaisseur 1 MM. 30 Le capot 220 est positionné au niveau de l'extrémité supérieure de la chemise 210, contre la collerette 202, une plaque de fermeture 230 est configurée pour le maintenir en position d'appui contre la chemise 35 210. La plaque de fermeture 230 est fixée au bloc-cylindres 10 100 par vissage. Un exemple de plaque de fermeture 230 pour un bloc-cylindres 100 comprenant trois vérins de commande est illustré sur la figure 6, des ouvertures 231 sont prévues pour la fixation par des vis. 5 En position d'appui, les ailettes 221 sont maintenues par la plaque de fermeture 230 contre la collerette 202 de la chemise 210. En particulier, une première portion de chaque ailette 221 est en contact avec 10 la plaque de fermeture 230 et une deuxième portion (extrémité) de chaque ailette 221 est en contact avec la collerette 202. Dans cette position d'appui, les ailettes flexibles 221 sont configurées pour assurer un effet ressort entre la 15 plaque de fermeture 230 et la collerette 202 de la chemise 210 : cet effet ressort permet de compenser des jeux de fonctionnement, notamment liés à des dilatations différentielles, pouvant apparaître entre les pièces en contact (cylindre de commande 112 du bloc-cylindres 100, 20 chemise 210, plaque de fermeture 230). Avantageusement, chaque ailette 221 est apte à subir une déformation plastique lors de la mise en position d'appui, c'est-à-dire lors de la fixation de la plaque de 25 fermeture 230. Le niveau de contrainte à atteindre pour une déformation plastique dépend évidemment du choix du matériau ; pour de l'acier, ce niveau de contrainte peut varier de 200 MPa à 2000 MPa. Par exemple, pour l'application visée ici, des aciers présentant une limite 30 d'élasticité d'environ 1000 - 1200 MPa seront choisis. Cette caractéristique des ailettes 221 permet de compenser des tolérances de fabrication du cylindre de commande 112 dans le bloc-cylindres 100 et de la chemise 210. En effet, l'alésage du cylindre de commande 35 112 présente généralement une profondeur sensiblement 11 différente de la hauteur de la chemise 210 du fait des tolérances de fabrication, susceptible d'induire un jeu entre la chemise 210 et la plaque de fermeture du bloc-cylindres 100, générant des problèmes d'étanchéité, de 5 bruit, et d'usure ; alternativement, il faudrait monter la plaque de fermeture en force en écrasant la chemise 210 dans le cylindre 112, ce qui n'est pas recommandé car de la flexion et d'importantes contraintes seraient induites dans la plaque au niveau des fixations. La présence du capot 10 discoïde avec des ailettes 221 flexibles permet de garder une continuité d'appui mécanique entre la plaque de fermeture 230, la chemise 210 et le cylindre 112, en compensant les tolérances de fabrication grâce à la déformation élastique et/ou plastique des ailettes 221. 15 Le capot discoïde 220 comprend de manière préférentielle une partie centrale inférieure cylindrique 222b (figure 5a) en contact avec des parois cylindriques internes de la chemise 210 (figure 3). Ladite partie 20 centrale inférieure 222b comprend une gorge 223 dans laquelle un joint torique est disposé pour assurer l'étanchéité de fermeture de l'extrémité supérieure de la chemise 210. 25 Selon un mode de mise en oeuvre avantageux, le dispositif de chemise 200 est en acier, le bloc-cylindres 100 et la plaque de fermeture 230 sont en aluminium. 30 Le dispositif de chemise 200 selon l'invention permet de maintenir solidaire la chemise 210 en acier contre le cylindre de commande 112 en aluminium, quel que soit l'échauffement subi par le bloc-cylindres 100 ; il 35 permet de limiter les jeux mécaniques (et donc les 12 déplacements parasites de pièces les unes par rapport aux autres) ou les défauts d'étanchéité, liés aux dilatations ou contractions différentielles des pièces en contact ou aux tolérances de fabrication. 5 En effet, le (ou les) joint(s) torique(s) disposés dans la (ou les) gorge(s) circonférentielle(s) 201 maintient(maintiennent) le contact et l'étanchéité entre la chemise 210 et le cylindre 112, du fait de sa (leur) capacité de déformation élastique en cas de dilations ou 10 contractions différentielles des deux pièces. De plus, l'effet ressort des ailettes 221 en position d'appui permet d'absorber les dilatations différentielles des matériaux de la chemise 210 et du cylindre 112, tout en maintenant le capot 220 continument 15 en appui contre la collerette 202 de la chemise 210 : le maintien en position d'appui du capot 220 par la plaque de fermeture 230, contre la chemise 210, évite tout déplacement de la chemise 210 relativement au cylindre de commande 112. 20 Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que 25 défini par les revendications. Bien qu'ici un moteur à rapport volumétrique variable du type « VCRi » ait été pris en exemple, l'invention s'applique à tout moteur à combustion interne 30 muni d'un REVENDICATIONS1. Bloc-cylindres 100 d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre de commande 112 et un dispositif de chemise 200 disposé dans ledit cylindre 112, le dispositif de chemise 200 étant caractérisé en ce qu'il comprend : - Une chemise cylindrique 210 comprenant au moins une gorge circonférentielle 201 et une collerette supérieure 202, - Un joint torique disposé dans la gorge 201, en contact avec des parois internes du cylindre de commande 112, - Un capot discoïde 220 pour fermer une extrémité supérieure de la chemise 210, comprenant des ailettes périphériques flexibles 221, maintenues en position d'appui contre la collerette supérieure 202 par une plaque de fermeture 230 fixée au bloc-cylindres 100. 2. Bloc-cylindres 100 d'un moteur à combustion interne selon la revendication précédente, dans lequel chaque ailette 221 est apte à subir une déformation plastique lors de la mise en position d'appui. 3. Bloc-cylindres 100 d'un moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le capot discoïde 220 comprend une partie centrale cylindrique 222b en contact avec des parois cylindriques internes de la chemise 210, ladite partie centrale 222b comprenant une gorge 223 dans laquelle un joint torique est disposé pour assurer l'étanchéité de fermeture d'une extrémité supérieure de la chemise 210. 14 4 Bloc-cylindres 100 d'un moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une première portion de chaque ailette 221 est en contact avec la plaque de fermeture 230 et une deuxième 5 portion de chaque ailette 221 est en contact avec la collerette supérieure 202. 5. Bloc-cylindres 100 d'un moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, dans lequel 10 la collerette supérieure 202 de la chemise 210 est en appui sur au moins un premier épaulement ménagé sur les parois internes du cylindre 112. 6. Bloc-cylindres 100 d'un moteur à combustion interne 15 selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une extrémité inférieure de la chemise 210 est en appui sur au moins un deuxième épaulement ménagé sur les parois internes du cylindre 112. 20 7. Bloc-cylindres 100 d'un moteur à combustion interne selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la chemise 210 comporte trois gorges 201 pour accueillir dans chacune d'elles un joint torique en contact avec les parois internes du cylindre 112. 25 8 Bloc-cylindres 100 d'un moteur à combustion interne selon la revendication précédente, dans lequel la chemise 210 comprend : - une première série d'orifices 203 répartis sur 30 son pourtour pour permettre la circulation d'un lubrifiant depuis un premier réservoir 115 vers une première chambre 116 d'un vérin de commande formé par le cylindre de commande 112 et un piston de commande 12 ; 15 - une deuxième série d'orifices 204 également répartis sur son pourtour pour permettre la circulation d'un lubrifiant depuis un deuxième réservoir 117 vers une deuxième chambre 118 du 5 vérin de commande ; la première 116 et la deuxième 118 chambre étant situées respectivement au-dessus et en-dessous du piston de commande 12. 9. Bloc-cylindres 100 selon la revendication précédente, 10 dans lequel le premier réservoir 115 et le deuxième réservoir 117 sont aménagés entre la chemise 210 et les parois internes du cylindre de commande 112, chaque réservoir 115,117 étant positionné axialement entre deux joints toriques. 15 10. Bloc-cylindres 100 selon la revendication précédente, dans lequel chaque réservoir 115,117 est alimenté en lubrifiant par l'intermédiaire d'un conduit intégré au bloc-cylindres 100. 20 11. Bloc-cylindres 100 selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de chemise 200 est en acier, le bloc-cylindres 100 et la plaque de fermeture 230 sont en aluminium. 25