EP3464852B1 - Dispositif de guidage a roulement d'un piston de combustion pour un moteur a taux de compression variable - Google Patents

Dispositif de guidage a roulement d'un piston de combustion pour un moteur a taux de compression variable Download PDF

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EP3464852B1
EP3464852B1 EP17730845.9A EP17730845A EP3464852B1 EP 3464852 B1 EP3464852 B1 EP 3464852B1 EP 17730845 A EP17730845 A EP 17730845A EP 3464852 B1 EP3464852 B1 EP 3464852B1
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EP
European Patent Office
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pinion
rack
modulus
cylindrical body
engine
Prior art date
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EP17730845.9A
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EP3464852A1 (fr
Inventor
Sylvain Bigot
Maxence PISTER
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MCE5 Development SA
Original Assignee
MCE5 Development SA
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00
    • F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00 with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/047—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00 with rotary main shaft other than crankshaft with rack and pinion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke

Definitions

  • the present invention relates to a rolling guide device for a combustion piston for an engine with variable compression ratio.
  • a known device 1 for transmitting a motor with a variable compression ratio comprises a toothed wheel 5 associated with an assembly formed by a connecting rod 6 and a crankshaft 9.
  • the toothed wheel 5, whose teeth are large, cooperates on one side with a control device 7 and on the other with a transmission member 3.
  • the transmission member 3 and the control 7 are provided with a rack for receiving the large teeth of the wheel 5.
  • the transmission member 3 is integral with a combustion piston 2, guided and driven in translation in a main direction in a cylinder 10.
  • the toothed wheel 5 transmits the movement between the crankshaft 9 and the combustion piston 2.
  • the control member 7 is in turn integral with a control device (not shown in the figures, but described for example in the application FR9804601 ).
  • This device makes it possible to adjust the position, in the main direction, of the control member 7 in the engine block. It therefore allows you to adjust the top dead center and bottom dead center of piston 2, making the engine's compression ratio variable and controllable.
  • the transmission device also includes a rolling guide device 4.
  • This device 4 comprises a synchronization plate 41, integral with the engine block, and consisting of a first raceway 48, and a first rack 46, in two parts arranged on either side of the raceway 48 as is well represented on the figures 1 and 2 .
  • the rolling guide device 4 also comprises a second rack 37 and a second rolling track 38, arranged on the transmission member 3, on the face opposite to the rack cooperating with the large teeth of the wheel 5.
  • the rolling guide device 4 comprises a synchronized roller 40 consisting of a cylindrical body 42 and a pinion 44, integral with one another without any degree of freedom.
  • the synchronized roller 40 can be formed in one piece.
  • the pinion is formed by two parts arranged on either side of the cylindrical body 42.
  • the cylindrical body 42 of the synchronized roller 40 placed between the synchronization plate 41 and the transmission member 3, is in contact with the first and second rolling tracks 38, 48.
  • the teeth of the pinion 44 are received by the first and the second rack 37, 46.
  • the displacement of the combustion piston 2 from its top dead center to its bottom dead center, in the cylinder 10, causes the synchronized roller 40 to move by rolling on track 48 of synchronization plate 41 and on track 38 of the control member 3, against which it is held.
  • the pinion 44 moves from a first position, corresponding to the top dead center of the piston 2, with respect to the first and to the second rack 46, 37, to a second position corresponding to the bottom dead center of the piston 2.
  • the Figures 3a and 3b show a view of the rolling guide device 4 in, respectively, this first and this second position.
  • the rolling guide device 4 guides the transmission member 3 and the combustion piston 2 by blocking and releasing certain directions of movement.
  • the roller 40, the synchronization plate 41 and the control member 3 can be provided with grooves and / or ribs (like the rib 49 of the plate 41, and the groove 43 of the roller 40 shown on the figure 1 ) engaging each other to allow only a translational movement, in the main direction, of the control member and of the combustion piston 2.
  • the rolling guide device 4 also ensures synchronization of the movement of the synchronized roller 40, in the main direction.
  • the diameter of the cylindrical body 42 is chosen so that it corresponds to the original diameter of the pinion 44.
  • the first and second rack 37, 44 are also designed to that they have the same module (which is in the image of the pitch of the toothing) as the pinion 44. This ensures the good meshing of the pinion 44 and the racks 37, 46, as well as the rolling without sliding of the cylindrical body 42 on the first and second rolling tracks 46, 37 of the synchronization plate 41 and the control member 3.
  • the displacement by adhesion of the cylindrical body 42 on the rolling tracks 46 , 37 is coordinated with the displacement by obstacle of the toothing of the pinion 44 on the racks 37, 46.
  • the function of the rolling guide device 4 is to take up the transverse forces (that is to say in a direction perpendicular to the axis of translation of the combustion piston 2 and also perpendicular to the axis of the crankshaft 9 ) which are likely to develop in the transmission device 1 during engine operation.
  • An object of the invention and to provide a rolling guide device at least partially remedying this drawback.
  • the displacement of the combustion piston from a top dead center to a bottom dead center causes the pinion to move from a first position to a second position relative to the first and the second rack.
  • the first and / or the second rack has a module different from the pinion module so that the flanks of the pinion teeth bear on the flanks of the teeth of the first and / or the second rack only when the pinion occupies the first or second position.
  • the module of at least one of the racks 37, 46 is chosen so that the pinion 44 progresses in this rack by rolling and without contact liable to create premature wear or mechanical deterioration of the toothing.
  • the figure 5a represents, in a guide device 4 according to the prior art, the engagement of the pinion 44 on the first and second rack 46, 37 of the synchronization plate 41 and of the transmission member 3, in its first position (corresponding to the top dead center position of piston 2 of the figure 3a ).
  • the diameter of the cylindrical body 42 is precisely equal to the pitch diameter of the pinion 44.
  • This pinion 44, the first and the second rack 46, 37 each have a module of 1 and 24 teeth.
  • A2 and B2 denote a second pair of teeth of the pinion 44 meshed, or about to mesh, with the first rack 46 of the synchronization plate 41.
  • this side f1 is an internal side with the torque of teeth (A1, B1), that is to say that the flank f1 of the meshed tooth A1 faces the tooth B1 which is about to mesh.
  • flank f2 of the meshed tooth A2 is in extended contact with the flank of a tooth of the first rack 46.
  • This flank f2 is a flank external to the pair of teeth (A2, B2), that is to say that this flank f2 of the tooth A2 meshed n ' is not opposite with a side of tooth B2 which is about to mesh.
  • the figure 5b represents, for the same guide device 4 as that shown on the figure 5a , the meshing of the pinion 44 in its second position (corresponding to the bottom dead center position of the piston 2).
  • the diameter of the cylindrical body 42 is precisely equal to the diameter of the pitch pinion 44. It has been indicated by arrows, on this figure 5b , the movement of moving parts, just before reaching the second position shown.
  • the perfect meshing of the teeth of the pinion 44 is observed in the teeth of the first rack 46 and in the teeth of the second rack 37.
  • the cylindrical body 42 of the synchronized roller 40 has a design diameter which precisely corresponds to the pitch diameter of the pinion 44.
  • the inventors of the present application have however observed that the effective diameter of the cylindrical body 42 does not generally correspond to this design diameter .
  • the inaccuracies or the manufacturing tolerances do not make it possible to produce a cylindrical body 42 having a diameter precisely equal to the design diameter.
  • the transverse efforts which apply to the control device 1 and to the guiding device 4 during the operation of the engine deform, by crushing, the cylindrical body 42.
  • the transverse forces liable to deform the cylindrical body 42 are variable during the operation of the engine. They originate from the forces applied to the transmission device 1 by a pressing mechanism aimed at preventing or limiting the transverse displacements of the device 1 (as was recalled in the introduction to the present application); and bearing forces of the connecting rod 6 on the crankshaft 9.
  • the cylindrical body 42 is therefore capable of deforming and of having an effective diameter which is variable over time, under the effect of these loads.
  • This difference between the effective diameter of the cylindrical body 42 and the pitch diameter of the pinion 44 seeks to desynchronize the bearing of the pinion 44 in the first and second rack, 46, 37 of the movement of the cylindrical body 42 on the rolling tracks 48, 38
  • this desynchronization is not possible, because the synchronized roller 40 is formed in one piece, or pieces integral with each other.
  • the cylindrical body 40 can slide on the first and the second rolling track 48, 38. This sliding may be a sliding in translation of the main axis when the diameter of the cylindrical body 42 is less than the diameter of the pitch pinion 44; or in rotation of the cylinder axis if the effective diameter of the cylindrical body 42 is greater than the diameter of the pitch.
  • the cylindrical body 42 is free to slide, in particular so that the synchronized roller 40 occupies the first and second positions, flank against flank, which have been presented in relation to the figures 5a and 5b .
  • This figure corresponds to a configuration similar to that of the figure 5b , and represents the guide device 4 when the combustion piston 2 has moved from the top dead center position of the figure 5a at bottom dead center.
  • the diameter of the cylindrical body 42 is less than the diameter of the pitch of the pinion 44.
  • the principle of the invention consists in configuring the guide device 4 to favor the rolling movement of the cylindrical body 42 on the rolling tracks 48, 38 and to prevent it from sliding.
  • the module of the second rack 37 of the transmission member 3 and / or of the first rack 46 of the synchronization plate 41 is adjusted so that outside the first and second positions , there is no forced contact between the flanks and the tops or stops of the teeth of the meshing.
  • the module of at least one of the racks 37, 46 is chosen so that the pinion 44 progresses in this rack by rolling and without contact liable to create premature wear.
  • the flanks of the teeth of the pinion 44 then bear on the flanks of the teeth of the first and / or of the second rack 46, 37 only when the pinion 44 occupies the first or the second position.
  • This choice of design leads to forming at least one of the first and the second rack 46, 37 so that it has a module different from that of the pinion 44
  • the measures to be taken to obtain such a contactless rolling result liable to create accelerated wear must be different depending on whether the cylindrical body 42 has an effective diameter greater or less than the original diameter of the pinion 44.
  • the cylindrical body 42 is designed to have an effective diameter which is constantly lower or constantly greater, during the operation of the engine, than the pitch diameter of the pinion 44. Knowing the manufacturing tolerances and the maximum transverse forces liable to be applied to the guide device 4 (from which it is possible to deduce the maximum deformation of the cylindrical body 42), it is possible to determine the design diameter of the cylindrical body 42 which guarantees the satisfaction of this condition.
  • the diameter of the cylindrical body 42 is chosen so that its effective diameter is constantly less, when the engine is running, than the pitch diameter of the pinion 44.
  • the first rack 46 of the synchronization plate 41 has a smaller module than the pinion module 44.
  • This module is chosen so that in first and second position (respectively at top dead center and bottom dead center) ), one obtains a “flank against flank” configuration of the tooth meshed in the rack 46. This ensures, between the first and second position, the absence of forced contact on the flanks of the teeth, other than those necessary for the pinion 44.
  • the module of the second rack 37 placed on the control member 3 by reducing it or alternatively increasing the play of its teeth , that is to say to ensure that the width of the tooth recess of this rack 37 is significantly greater than the width of the pinion tooth.
  • the interval between two teeth of this rack 37 is greater than the thickness of a tooth of the pinion.
  • One or the other of these configurations ensures the rolling of the pinion 44 in the rack 37 without bringing the sides, the edges or the tops of the teeth into contact with each other.
  • the pinion 44 is at the first position corresponding to the position of the top dead center of the piston 2.
  • the arrows on the moving parts indicate the movement of the latter, just after passing through this point.
  • the pinion 44 is halfway between the top dead center position and the bottom dead center position of the combustion piston 2.
  • the pinion 44 is in the second position corresponding to the position of the bottom dead center of the piston 2.
  • the arrows on the moving parts indicate its movement, just before passing through this point.
  • the diameter of the cylindrical body 42 is chosen so that its effective diameter is constantly greater, when the engine is running, than the pitch diameter of the pinion 44.
  • the second rack 37 placed on the transmission member 3 has a larger module than that of the pinion 44. This ensures that there is no forced contact on the sides of the teeth, other than those necessary for pinion bearing 44.
  • the cylindrical body 42 has a convex shape. This form is advantageous in what it ensures a better rolling contact with the first and the second track 48, 38, in particular in the presence of a load which has the effect of crushing the bulge and of bringing the surfaces into rectilinear contact.

Landscapes

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Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • La présente invention est relative à un dispositif de guidage à roulement d'un piston de combustion pour un moteur à taux de compression variable.
    • ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
  • Comme cela est représenté en figures 1 et 2, un dispositif connu de transmission 1 d'un moteur à taux de compression variable comprend une roue dentée 5 associée à un ensemble formé d'une bielle 6 et d'un vilebrequin 9.
  • La roue dentée 5, dont les dents sont de fortes dimensions, coopère d'un côté avec un dispositif de commande 7 et de l'autre avec un organe de transmission 3. À cet effet, l'organe de transmission 3 et le dispositif de commande 7 sont munis de crémaillère pour recevoir les dents de fortes dimensions de la roue 5.
  • L'organe de transmission 3 est solidaire d'un piston de combustion 2, guidé et entraîné en translation selon une direction principale dans un cylindre 10. La roue dentée 5 réalise la transmission du mouvement entre le vilebrequin 9 et le piston de combustion 2.
  • L'organe de commande 7 est quant à lui solidaire d'un dispositif de commande (non représenté sur les figures, mais décrit par exemple dans la demande FR9804601 ). Ce dispositif permet d'ajuster la position, selon la direction principale, de l'organe de commande 7 dans le bloc moteur. Il permet en conséquence d'ajuster le point mort haut et le point mort bas du piston 2, rendant de la sorte variable et commandable le taux de compression du moteur.
  • Pour assurer le mouvement de translation du piston 2 dans le cylindre 10, le dispositif de transmission comporte également un dispositif de guidage à roulement 4.
  • Ce dispositif 4 comporte une platine de synchronisation 41, solidaire du bloc-moteur, et constituée d'une première piste de roulement 48, et d'une première crémaillère 46, en deux parties disposées de part et d'autre de la piste de roulement 48 comme cela est bien représenté sur les figures 1 et 2.
  • Le dispositif de guidage à roulement 4 comporte également une seconde crémaillère 37 et une seconde piste de roulement 38, disposées sur l'organe de transmission 3, sur la face opposée à la crémaillère coopérant avec les dents de forte dimension de la roue 5.
  • Enfin, le dispositif de guidage à roulement 4 comprend un rouleau synchronisé 40 constitué d'un corps cylindrique 42 et d'un pignon 44, solidaire l'un à l'autre sans aucun degré de liberté. Le rouleau synchronisé 40 peut être formé d'une seule pièce. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, le pignon est formé de deux parties disposées de part et d'autre du corps cylindrique 42.
  • Le corps cylindrique 42 du rouleau synchronisé 40, placé entre la platine de synchronisation 41 et l'organe de transmission 3, est en contact avec la première et la seconde piste de roulement 38, 48. Les dents du pignon 44 sont quant à eux reçues par la première et la seconde crémaillère 37, 46.
  • En fonctionnement, le déplacement du piston de combustion 2 de son point mort haut à son point mort bas, dans le cylindre 10, entraîne le déplacement du rouleau synchronisé 40 par roulement sur la piste 48 de la platine de synchronisation 41 et sur la piste 38 de l'organe de commande 3, contre lesquels il est maintenu.
  • Plus particulièrement, le pignon 44 se déplace d'une première position, correspondant au point mort haut du piston 2, vis-à-vis de la première et à la seconde crémaillère 46, 37, à une seconde position correspondant au point mort bas du piston 2. Les figures 3a et 3b représentent une vue du dispositif de guidage à roulement 4 dans, respectivement, cette première et cette seconde position.
  • Le dispositif de guidage à roulement 4 assure le guidage de l'organe de transmission 3 et du piston de combustion 2 en bloquant et libérant certaines directions de mouvement. À cet effet, le rouleau 40, la platine de synchronisation 41 et l'organe de commande 3 peuvent être munis de gorges et/ou nervures (comme la nervure 49 de la platine 41, et la gorge 43 du rouleau 40 représentée sur la figure 1) s'engageant les unes dans les autres pour autoriser uniquement un mouvement de translation, selon la direction principale, de l'organe de commande et du piston de combustion 2.
  • Le dispositif de guidage à roulement 4 assure également la synchronisation du déplacement du rouleau synchronisé 40, selon la direction principale. Pour cela, on choisit le diamètre du corps cylindrique 42 pour qu'il corresponde au diamètre primitif du pignon 44. On conçoit également la première et la seconde crémaillère 37, 44 pour qu'elles aient le même module (qui est à l'image du pas de la denture) que le pignon 44. On assure de la sorte le bon engrènement du pignon 44 et des crémaillères 37, 46, ainsi que le roulement sans glissement du corps cylindrique 42 sur la première et la seconde piste de roulement 46, 37 de la platine de synchronisation 41 et de l'organe de commande 3. Entre d'autres termes, le déplacement par adhérence du corps cylindrique 42 sur les pistes de roulement 46, 37 est coordonné au déplacement par obstacle de la denture du pignon 44 sur les crémaillères 37, 46.
  • Enfin, le dispositif de guidage à roulement 4 a pour fonction de reprendre les efforts transversaux (c'est-à-dire selon une direction perpendiculaire à l'axe de translation du piston de combustion 2 et perpendiculaire également à l'axe du vilebrequin 9) qui sont susceptibles de se développer dans le dispositif de transmission 1 lors du fonctionnement du moteur.
  • À ce titre, on pourra se référer aux documents EP1740810 , et EP1979591 , et FR3027051 qui présentent différentes solutions conduisant à appliquer des efforts statiques ou dynamiques sur le dispositif de transmission 1, et en particulier sur le dispositif de guidage à roulement 4, de sorte à assurer le contact des composants mobiles du dispositif 1 entre eux et contre le bloc moteur.
  • Il est parfois observé, dans le dispositif de guidage à roulement 4 connu qui vient d'être décrit, une usure prématurée des dents constituant le pignon 44 et les crémaillères 37, 46, voire même à leurs détériorations mécaniques, ce qui n'est pas souhaitable.
    • OBJET DE L'INVENTION
  • Un but de l'invention et de proposer un dispositif de guidage à roulement remédiant au moins en partie à cet inconvénient.
    • BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
  • En vue de la réalisation de l'un de ces buts, l'objet de l'invention propose un dispositif de guidage à roulement d'un piston de combustion pour un moteur à taux de compression variable. Le dispositif comprend un rouleau synchronisé formé d'un corps cylindrique et d'un pignon, le corps cylindrique présentant un diamètre effectif susceptible de varier sous l'effet d'une charge radiale lors du fonctionnement du moteur. Le rouleau synchronisé coopère :
    • d'une part, avec une platine de synchronisation, solidaire du bloc-moteur, comprenant une première piste de roulement pour recevoir le corps cylindrique et une première crémaillère pour recevoir le pignon ;
    • d'autre part, avec un organe de transmission, solidaire du piston de combustion, comprenant une seconde piste de roulement pour recevoir le corps cylindrique et une seconde crémaillère pour recevoir le pignon ;
  • Le déplacement du piston de combustion d'un point mort haut à un point mort bas entraîne le déplacement du pignon d'une première position à une seconde position relativement à la première et la seconde crémaillère.
  • Selon l'invention, la première et/ou la seconde crémaillère présente un module différent du module du pignon de sorte que les flancs des dents du pignon prennent appui sur les flancs des dents de la première et/ou de la seconde crémaillère uniquement lorsque le pignon occupe la première ou la seconde position.
  • Ainsi, selon l'invention, le module d'une au moins des crémaillères 37, 46 est choisi pour que le pignon 44 progresse dans cette crémaillère par roulement et sans contact susceptible de créer une usure prématurée ou une détérioration mécanique de la denture.
  • Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
    • le diamètre effectif du corps cylindrique est constamment inférieur ou constamment supérieur, lors du fonctionnement du moteur, au diamètre primitif du pignon ;
    • le diamètre effectif du corps cylindrique est constamment inférieur, lors du fonctionnement du moteur, au diamètre primitif du pignon; et la première et/ou la seconde crémaillère présente un module plus petit que le module du pignon ; alternativement :
      • ∘ la première crémaillère présente un module plus petit que le module du pignon ; la seconde crémaillère présente un module égal au module du pignon et l'intervalle entre deux dents de la seconde crémaillère est plus grand que l'épaisseur d'une dent ;
      • ∘ la première crémaillère et la seconde crémaillère présentent un module plus petit que le module du pignon ;
    • le diamètre effectif du corps cylindrique est constamment supérieur, lors du fonctionnement du moteur, au diamètre primitif du pignon et la première et/ou la seconde crémaillère présente un module plus grand que le module du pignon ; alternativement :
      • ∘ la seconde crémaillère présente un module plus grand que le module du pignon ; la première crémaillère présente un module égal au module du pignon ; et la largeur du creux de dents de la première crémaillère est nettement plus grand que l'épaisseur d'une dent ;
      • ∘ la première et la seconde crémaillère présentent un module plus grand que le module du pignon ;
    • le corps cylindrique présente un profil bombé.
    BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquels :
    • les figures 1 et 2 représentent deux vues d'un dispositif de transmission d'un moteur à taux de compression variable selon l'état de la technique ;
    • les figures 3a et 3b représentent une vue du dispositif de guidage dans, respectivement, une première et une seconde position ;
    • la figure 4 représente l'intensité des efforts d'inertie et de frottement s'appliquant au rouleau synchronisé au cours d'un cycle moteur ;
    • la figure 5a représente l'engrènement du pignon sur la première et seconde crémaillère, en sa première position lorsque le diamètre du corps cylindrique est précisément égal au diamètre du primitif du pignon ;
    • la figure 5b représente l'engrènement du pignon sur la première et seconde crémaillère, en sa seconde position, lorsque le diamètre du corps cylindrique est précisément égal au diamètre du primitif du pignon ;
    • la figure 5c représente l'engrènement du pignon sur la première et seconde crémaillère, en sa seconde position, lorsque le diamètre du corps cylindrique est inférieur au diamètre du primitif du pignon, et que les modules des crémaillères sont identiques au module du pignon.
    • les figures 6a, 6b et 6c représentent l'engrènement du pignon à la première et seconde crémaillère lorsque le module de la crémaillère de la platine de synchronisation est plus petit que le module du pignon et lorsque le jeu de la crémaillère de l'organe de commande est agrandi.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
  • Par souci de simplification de la description à venir, les mêmes références sont utilisées pour des éléments identiques ou assurant la même fonction dans les différents modes de réalisation de l'invention ou selon l'état de la technique.
    • Observations préliminaires
  • En recherchant l'origine de l'usure prématurée de certains éléments du dispositif de guidage 4 de l'état de la technique qui vient d'être présentée, les inventeurs de la présente demande ont réalisé les observations suivantes.
  • On a représenté sur la figure 4, en trait plein, l'intensité des efforts d'inertie s'appliquant au rouleau synchronisé 40 au cours d'un cycle moteur. L'axe des abscisses correspond à la position angulaire du vilebrequin (en degré) et l'axe des ordonnées l'intensité des efforts d'inertie (en Newton). On note que les efforts présentent quatre maxima à environ 90° les uns des autres, correspondant aux passages au point mort haut et au point mort bas du piston de combustion 2. Ces maxima des forces d'inertie sont respectivement notés PMH et PMB sur la figure 4. Ils correspondent aux changements de direction du mouvement de rotation et de translation du rouleau synchronisé 40.
  • La figure 5a représente, dans un dispositif de guidage 4 selon l'état de la technique, l'engrènement du pignon 44 sur la première et seconde crémaillère 46, 37 de la platine de synchronisation 41 et de l'organe de transmission 3, en sa première position (correspondant à la position de point mort haut du piston 2 de la figure 3a) . Le diamètre du corps cylindrique 42 est précisément égal au diamètre primitif du pignon 44. Ce pignon 44, la première et la seconde crémaillère 46, 37 présentent chacun un module de 1 et 24 dents. Comme cela est usuel, on a également prévu de ménager un jeu suffisant, dans les dentures du pignon 44, de la première et de la seconde crémaillère 46,37, pour permettre le bon fonctionnement de l'engrènement. On a indiqué par une flèche sur le pignon 44 et sur l'organe de transmission 3 la direction de mouvement de ces éléments juste après l'atteinte du point mort haut représenté sur la figure. On a également noté A1 et B1 le premier couple de dents du pignon 44 engrené, ou sur le point de s'engrener, avec la seconde crémaillère 37 de l'organe de transmission 3.
  • On a noté A2 et B2 un second couple de dents du pignon 44 engrené, ou sur le point de s'engrener, avec la première crémaillère 46 de la platine de synchronisation 41.
  • Les efforts d'inertie importants qui s'appliquent, au point mort haut, sur le rouleau synchronisé 40 ont conduit à placer ce rouleau 40 dans la première position vis-à-vis des crémaillères, telle que représentée sur la figure 5a.
  • On note que, dans cette première position, le flanc dénoté f1 sur la figure 5a de la dent A1 du pignon 44 engrené dans la seconde crémaillère 37 de l'organe de transmission 3 est en contact étendu avec le flanc d'une dent de cette crémaillère 37. On note également que ce flanc f1 est un flanc interne au couple de dents (A1, B1), c'est-à-dire que le flanc f1 de la dent A1 engrenée fait face à la dent B1 qui s'apprête à s'engrener.
  • Du côté de la platine de synchronisation 41, on observe que le flanc f2 de la dent A2 engrenée est en contact étendu avec le flanc d'une dent de la première crémaillère 46. Ce flanc f2 est un flan externe au couple de dents (A2, B2), c'est-à-dire que ce flanc f2 de la dent A2 engrenée n'est pas en vis-à-vis avec un flanc de la dent B2 qui s'apprête à s'engrener.
  • On observe donc que dans la première position du rouleau synchronisé 40, il existe une dissymétrie de contact, du côté de la platine de synchronisation 41 et du côté de l'organe de commande de transmission 3.
  • La figure 5b représente, pour le même dispositif de guidage 4 que celui représenté sur la figure 5a, l'engrènement du pignon 44 dans sa seconde position (correspondant à la position de point mort bas du piston 2). Dans cette représentation, le diamètre du corps cylindrique 42 est précisément égal au diamètre du primitif du pignon 44. On a indiqué par des flèches, sur cette figure 5b, le mouvement des pièces mobiles, juste avant l'atteinte de la seconde position représentée. On observe l'engrènement parfait des dents du pignon 44 dans la denture de la première crémaillère 46 et dans la denture de la seconde crémaillère 37.
  • Dans les représentations des figures 5a et 5b, le corps cylindrique 42 du rouleau synchronisé 40 présente un diamètre de conception qui correspond précisément au diamètre primitif du pignon 44. Les inventeurs de la présente demande ont toutefois observé que le diamètre effectif du corps cylindrique 42 ne correspondait généralement pas à ce diamètre de conception. D'une part, les imprécisions ou les tolérances de fabrication ne permettent pas de réaliser un corps cylindrique 42 présentant un diamètre précisément égal au diamètre de conception. D'autre part, les efforts transversaux qui s'appliquent sur le dispositif de commande 1 et sur le dispositif de guidage 4 au cours du fonctionnement du moteur, déforment, par écrasement, le corps cylindrique 42. Ces deux phénomènes contribuent à établir un corps cylindrique 42 dont le diamètre effectif est différent de son diamètre de conception, et donc du diamètre primitif du pignon 44.
  • On notera à ce stade de la description que les efforts transversaux susceptibles de déformer le corps cylindrique 42 sont variables au cours du fonctionnement du moteur. Ils ont pour origine les efforts appliqués au dispositif de transmission 1 par un mécanisme presseur visant à prévenir ou limiter les déplacements transversaux du dispositif 1 (comme cela a été rappelé en introduction de la présente demande) ; et des forces d'appui de la bielle 6 sur le vilebrequin 9. Le corps cylindrique 42 est donc susceptible de se déformer et de présenter un diamètre effectif variable au cours du temps, sous l'effet de ces charges.
  • Cet écart entre le diamètre effectif du corps cylindrique 42 et le diamètre primitif du pignon 44 cherche à désynchroniser le roulement du pignon 44 dans la première et la seconde crémaillère, 46, 37 du mouvement du corps cylindrique 42 sur les pistes de roulement 48, 38. Or cette désynchronisation n'est pas possible, car le rouleau synchronisé 40 est formé d'une seule pièce, ou de pièces solidaires entre elles. Pour préserver l'intégrité de cette pièce ou éviter son désengrènement, il est impératif que le corps cylindrique 40 puisse glisser sur la première et la seconde piste de roulement 48, 38. Ce glissement peut-être un glissement en translation d'axe principal lorsque le diamètre du corps cylindrique 42 est inférieur au diamètre du primitif du pignon 44 ; ou en rotation d'axe du cylindre si le diamètre effectif du corps cylindrique 42 est supérieur au diamètre du primitif.
  • Pour permettre ce glissement, il est nécessaire que les dentures du pignon 44 produisent un effort de glissement qui, combiné aux efforts d'inertie qui s'appliquent sur le rouleau synchronisé 40, soit supérieur aux efforts de frottement du corps cylindrique 42 sur la première et la seconde piste de roulement 48, 38.
  • Ces efforts de frottement qui s'opposent aux efforts d'inertie et aux éventuels efforts de glissement sont essentiellement proportionnels, en intensité, aux efforts transversaux qui s'exercent de manière variable sur le dispositif de guidage 4. L'intensité des efforts de frottement est reliée à l'intensité des efforts transversaux par l'intermédiaire d'un coefficient de friction. On a représenté sur la figure 4, en traits pointillés, l'intensité des efforts de frottement typique qui s'applique au cours d'un cycle moteur.
  • On note qu'aux positions angulaires correspondant aux points morts haut et aux points morts bas, les efforts de frottement présentent une intensité moindre que les efforts d'inertie s'appliquant au rouleau.
  • En conséquence, le corps cylindrique 42 est libre de glisser, notamment pour que le rouleau synchronisé 40 occupe la première et la seconde position, flanc contre flanc, qui ont été présentées en relation avec les figures 5a et 5b.
  • On observe également que dans certaines autres positions angulaires, entourées sur la figure 3, l'intensité des efforts de frottement est supérieure à l'intensité des efforts d'inertie. Cela ne permet pas le glissement du corps cylindrique 42 sans que la denture du pignon 44 ne fournisse le complément d'efforts nécessaire.
  • Dans ces phases où le glissement n'est pas naturellement possible, l'engrènement des dents du pignon 44, de la première et de la seconde crémaillère 46, 37 n'est plus parfaitement coordonné. L'arrête ou le sommet d'une dent peut alors entrer en contact forcé avec le flanc de saillie ou de creux d'une dent opposée. Ce phénomène est à l'origine de l'usure prématurée observée. Il est représenté plus en détail sur la figure 5c.
  • Cette figure correspond à une configuration similaire à celle de la figure 5b, et représente le dispositif de guidage 4 lorsque le piston de combustion 2 s'est déplacé de la position de point mort haut de la figure 5a au point mort bas. Toutefois, dans la représentation de la figure 5c, le diamètre du corps cylindrique 42 est inférieur au diamètre du primitif du pignon 44. On observe alors l'imperfection de l'engrènement qui s'ensuit, notamment sous la forme d'une incohérence au niveau des zones de contact marquées C1 et C2 sur la figure 5c. Ces zones de contact entre les arêtes, les sommets ou les flancs de la denture conduisent au phénomène d'usure précité.
  • Des observations similaires pourraient être réalisées dans le cas où le diamètre effectif du corps cylindrique 42 est supérieur au diamètre primitif du pignon 44.
    • Dispositif de guidage amélioré
  • Les inventeurs de la présente demande se sont appuyés sur les observations fines qui viennent d'être faites pour proposer un dispositif de guidage à roulement 4 amélioré, permettant de réduire les phénomènes d'usure.
  • Le principe de l'invention consiste à configurer le dispositif de guidage 4 pour privilégier le mouvement de roulement du corps cylindrique 42 sur les pistes de roulement 48, 38 et éviter son glissement.
  • À cet effet, le module de la seconde crémaillère 37 de l'organe de transmission 3 et/ou de la première crémaillère 46 de la platine de synchronisation 41 est ajusté pour faire en sorte qu'en dehors de la première et de la seconde position, il ne se produise pas de contact forcé entre les flancs et les sommets ou arrêtes des dents de l'engrènement. En d'autres termes, le module d'une au moins des crémaillères 37, 46 est choisi pour que le pignon 44 progresse dans cette crémaillère par roulement et sans contact susceptible de créer une usure prématurée. Les flancs des dents du pignon 44 ne prennent alors appui sur les flancs des dents de la première et/ou de la seconde crémaillère 46, 37 uniquement lorsque le pignon 44 occupe la première ou la seconde position.
  • Ce choix de conception conduit à former l'une au moins de la première et de la seconde crémaillère 46, 37 pour qu'elle présente un module différent de celui du pignon 44
  • Les mesures à prendre pour obtenir un tel résultat de roulement sans contact susceptible de créer une usure accélérée doivent être différentes selon que le corps cylindrique 42 présente un diamètre effectif supérieur ou inférieur au diamètre primitif du pignon 44.
  • En conséquence, le corps cylindrique 42 est conçu pour présenter un diamètre effectif constamment inférieur ou constamment supérieur, au cours du fonctionnement du moteur, au diamètre primitif du pignon 44. Connaissant les tolérances de fabrication et les efforts transversaux maximums susceptibles de s'appliquer sur le dispositif de guidage 4 (dont on peut déduire la déformation maximale du corps cylindrique 42), on peut déterminer le diamètre de conception du corps cylindrique 42 qui garantisse la satisfaction de cette condition.
  • Ainsi, et selon une première approche, le diamètre du corps cylindrique 42 est choisi pour que son diamètre effectif soit constamment inférieur, lors du fonctionnement du moteur, au diamètre primitif du pignon 44.
  • Dans ce cas, la première crémaillère 46 de la platine de synchronisation 41 présente un module plus petit que le module du pignon 44. Ce module est choisi pour qu'en première et en seconde position (respectivement au point mort haut et au point mort bas), on obtienne bien une configuration « flanc contre flanc » de la dent engrenée dans la crémaillère 46. On s'assure ainsi, entre la première et la seconde position, de l'absence de contact forcé sur les flancs des dentures, autres que ceux nécessaires au roulement du pignon 44.
  • Dans ce cas également, et afin de limiter davantage le phénomène d'usure, on peut choisir d'adapter le module de la seconde crémaillère 37 placé sur l'organe de commande 3 en le diminuant ou alternativement d'augmenter le jeu de sa denture, c'est-à-dire de faire en sorte que la largeur du creux de dents de cette crémaillère 37 soit nettement supérieure à la largeur de la dent du pignon. En d'autres termes, l'intervalle entre deux dents de cette crémaillère 37 soit plus grand que l'épaisseur d'une dent du pignon.
  • L'une ou l'autre de ces configurations assure le roulement du pignon 44 dans la crémaillère 37 sans mettre en contact les flancs, les arêtes ou les sommets des dents entre elles.
  • On note que le contact entre la seconde crémaillère 37 et le pignon 44 se faisant sur des flancs internes à l'engrènement, il est possible indifféremment d'adapter le module ou le jeu de fonctionnement de la seconde crémaillère 37 pour obtenir ces résultats.
  • Ainsi, les figures 6a à 6c représentent une telle configuration, conforme à l'invention, selon laquelle le diamètre du corps cylindrique 42 a été choisi pour être toujours plus petit que le diamètre du primitif du pignon 44. Par ailleurs, le pas module de la première crémaillère 46 de la platine de synchronisation 41 a été choisi plus petit que celui du pignon 44, et le jeu de la denture de la seconde crémaillère 37 de l'organe de transmission 3 a été augmenté.
  • Dans la figure 6a, le pignon 44 est à la première position correspondant à la position du point mort haut du piston 2. Les flèches sur les pièces mobiles indiquent le mouvement de celle-ci, juste après le passage en ce point.
  • Dans la figure 6b, le pignon 44 est à mi-course, entre la position de point mort haut et la position de point mort bas du piston de combustion 2.
  • Dans la figure 6c, le pignon 44 est à la seconde position correspondant à la position du point mort bas du piston 2. Les flèches sur les pièces mobiles indiquent le mouvement de celle-ci, juste avant le passage en ce point.
  • On n'observe pas les incohérences d'engrènement, ni dans la première position du pignon 44 de la figure 6a, ni dans la seconde position du pignon 44 de la figure 6c, ni dans la position intermédiaire de la figure 6b. Au contraire, on observe que les ajustements réalisés au niveau de la première et de la seconde crémaillère 46, 37 permettent d'assurer en ces deux positions, les dispositions « flanc à flanc » des dents engrenées.
  • Selon une seconde approche, le diamètre du corps cylindrique 42 est choisi pour que son diamètre effectif soit constamment supérieur, lors du fonctionnement du moteur, au diamètre primitif du pignon 44.
  • Dans ce cas, la seconde crémaillère 37 placée sur l'organe de transmission 3 présente un module plus grand que celui du pignon 44. On s'assure ainsi de l'absence de contact forcé sur les flancs des dentures, autres que ceux nécessaires au roulement du pignon 44.
  • Dans cette seconde approche, on peut choisir d'adapter le module de la première crémaillère 46 de la platine de synchronisation 41 ou alternativement d'augmenter son jeu. On assure ainsi de la sorte le roulement du pignon 42 dans cette crémaillère sans mettre en contact les flancs, les arêtes ou les sommets des dents entre elles.
  • Dans une variante qui peut s'appliquer indifféremment à l'une ou à l'autre des approches qui viennent d'être présentées, le corps cylindrique 42 présente une forme bombée. Cette forme est avantageuse en ce qu'elle assure un meilleur contact de roulement avec la première et la seconde piste de roulement 48, 38, notamment en présence d'une charge qui a pour effet d'écraser le bombé et de mettre les surfaces en contact rectiligne.
  • On prendra en compte cet effet lors de la détermination du diamètre de conception du corps cylindrique 42, pour que le diamètre effectif soit constamment inférieur ou supérieur, selon l'approche choisie, au diamètre primitif du pignon 44 lors du fonctionnement du moteur.
  • Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Claims (9)

  1. Dispositif de guidage à roulement (4) d'un piston de combustion (2) pour un moteur à taux de compression variable, le dispositif comprenant un rouleau synchronisé (40) formé d'un corps cylindrique (42) et d'un pignon (44), le corps cylindrique (42) présentant un diamètre effectif susceptible de varier sous l'effet d'une charge radiale lors du fonctionnement du moteur, le rouleau synchronisé (40) coopérant :
    - d'une part, avec une platine de synchronisation (41), solidaire du bloc-moteur, comprenant une première piste de roulement (48) pour recevoir le corps cylindrique 42 et une première crémaillère (46) pour recevoir le pignon (44) ;
    - d'autre part, avec un organe de transmission (3), solidaire du piston de combustion (2), comprenant une seconde piste de roulement (38) pour recevoir le corps cylindrique (42) et une seconde crémaillère (37) pour recevoir le pignon (44) ;
    le déplacement du piston de combustion (2) d'un point mort haut à un point mort bas, entraînant le déplacement du pignon (44) d'une première position à une seconde position relativement à la première et la seconde crémaillère (46, 37) ; le dispositif de guidage (4) étant caractérisé en ce que la première et/ou la seconde crémaillère (46, 37) présente un module différent du module du pignon (44) de sorte que les flancs des dents du pignon (44) prennent appui sur les flancs des dents de la première et/ou de la seconde crémaillère 46, 37 uniquement lorsque le pignon (44) occupe la première ou la seconde position.
  2. Dispositif (4) selon la revendication 1 dans lequel le diamètre effectif du corps cylindrique (42) est constamment inférieur ou constamment supérieur, lors du fonctionnement du moteur, au diamètre primitif du pignon (44) .
  3. Dispositif (4) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le diamètre effectif du corps cylindrique (42) est constamment inférieur, lors du fonctionnement du moteur, au diamètre primitif du pignon (44) ; et dans lequel la première et/ou la seconde crémaillère (46, 37) présente un module plus petit que le module du pignon (44).
  4. Dispositif (4) selon la revendication précédente dans lequel la première crémaillère (46) présente un module plus petit que le module du pignon (44) ; dans lequel la seconde crémaillère (37) présente un module égal au module du pignon, et dans lequel l'intervalle entre deux dents de la seconde crémaillère (37) est plus grand que l'épaisseur d'une dent du pignon.
  5. Dispositif (4) selon la revendication 3 dans lequel la première crémaillère (46) et la seconde crémaillère (37) présentent un module plus petit que le module du pignon (44) .
  6. Dispositif (4) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le diamètre effectif du corps cylindrique est constamment supérieur, lors du fonctionnement du moteur, au diamètre primitif du pignon (44) et dans lequel la première et/ou la seconde crémaillère (46, 37) présente un module plus grand que le module du pignon (44).
  7. Dispositif (4) selon la revendication précédente dans lequel la seconde crémaillère (37) présente un module plus grand que le module du pignon (44), dans lequel la première crémaillère (46) présente un module égal au module du pignon, et dans lequel la largeur du creux de dents de la première crémaillère (46) est plus grand que l'épaisseur d'une dent.
  8. Dispositif (4) selon la revendication 6 dans lequel la première et la seconde crémaillère (46, 37) présentent un module plus grand que le module du pignon (44).
  9. Dispositif (4) selon l'une des revendications précédentes dans lequel le corps cylindrique (42) présente un profil bombé.
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