FR2811373A1 - Procede et dispositif tres reactifs pour l'optimisation continue du taux de compression des moteurs a pistons alternatifs - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne l'utilisation de pression gazeuse, de l'inertie de pièces et de freins pour optimiser avec rapidité et sobriété le taux de compression des moteurs à cylindres en ligne, en vé et à plat. Deux excentriques accolés et décalés angulairement sont montés en demi-coquilles (10a) et (11a) sur chaque maneton (25) du vilebrequin. Une tige (6) coulisse dans l'alésage d'une pièce articulée (45). La pression des gaz dans un actionneur, les forces d'inertie (FM) et la poussée (FB3) des bielles (20a), (20b) provoquent, à chaque tour de vilebrequin, les efforts moteurs (FR3) sur le mécanisme d'ajustement du taux de compression contrôlé par le vérin hydraulique (48). L'invention est destinée à l'accroissement des performances et du rendement énergétique ainsi qu'à la réduction des rejets polluants des moteurs.
Description
La présente invention concerne un dispositif et un procédé à faible
consommation d'énergie dont la conception permet d'obtenir très rapidement le taux
de compression calculé pour optimiser les performances, le rendement énergétique ainsi que la réduction des rejets polluants, des moteurs à combustion interne à5 pistons alternatifs.
La variation du taux de compression permet, pour les véhicules à moteur à allumage commandé utilisés à charge partielle, d'améliorer les performances, le rendement énergétique et de réduire les rejets polluants. Pour les utilisations en ville et d'une manière générale, pour les utilisations qui nécessitent des changements fréquents de la charge moteur, l'optimisation du taux de compression doit être rapide pour maximiser les améliorations précitées. La présence d'un dispositif de modification du taux de compression permet également de réduire la
masse des véhicules à moteur diesel sans pénaliser les démarrages à froid.
Pour les moteurs à allumage commandé commercialisés actuellement, le taux de compression est fixe et usuellement inférieur à onze. Celle valeur peu élevée ne peut que difficilement être dépassée à pleine charge du fait de l'apparition des phénomènes d'autoallumage. Ce seuil peut facilement être dépassé aux charges partielles avec un dispositif de modification du taux de compression, mais cette
possibilité n'est pas encore exploitée industriellement.
Pour les véhicules à moteur diesel les plus récents, le taux de compression est de l'ordre de trente et figé par construction. Le rendement énergétique de ces moteurs est excellent, mais leurs taux de compression fixes et élevés induisent des efforts importants dans les moteurs aux charges maximales. La quantité de matière liée à la nécessité de supporter ces efforts pénalisent le poids de ces véhicules. Cela est particulièrement sensible pour les petits véhicules. De plus, le taux de compression élevé à forte charge induit des températures très élevées dans les chambres de combustion, ce qui provoque des réactions entre des molécules d'azote et d'oxygène. Or, il n'y a pas actuellement de catalyseur efficace des oxydes
d'azote adapté au marché des véhicules diesels.
Une solution présentée au public récemment comprend un bloc-moteur divisé en deux parties articulées afin de faire varier la distance entre le piston au point mort haut et la culasse. Cette solution prévoit d'utiliser la force d'ouverture entre les deux parties articulées, lorsque la charge augmente, pour diminuer le taux de compression et emmagasiner de l'énergie qui est ensuite restituée pour augmenter le taux de compression lorsque la charge est plus faible. Cette solution présente les difficultés suivantes: sur le plan mécanique, les vibrations sont accrues et la quantité de matière nécessaire à la fabrication du moteur, pour une cylindrée donnée, est plus élevée, deux dispositifs mécaniques sont nécessaires pour les moteurs à cylindres à plat et en vé, sur le plan du fonctionnement, la réactivité
d'ajustement pour l'augmentation du taux de compression, n'est pas excellente.
Le brevet FR9915104 propose d'orienter un excentrique, placé entre chaque pied de bielle et le maneton correspondant du vilebrequin, à l'aide d'une tige coulissante dont la direction est articulée sur un pivot, ce pivot étant fixé sur une pièce guidée et asservie en position. Cette construction ne fait appel qu'à des fonctions analogues aux fonctions de pièces dont la fiabilité est éprouvée sur des générations de moteurs. Cependant ce brevet ne décrit pas de solution mécanique
spécifique pour obtenir une grande rapidité de l'ajustement du taux de compression.
Une solution connue consiste à placer des excentriques sur les paliers du vilebrequin. Cette solution ne fonctionne pas de façon satisfaisante pour les moteurs en vé et à plat. Elle présente des difficultés mécaniques de liaison avec la
transmission ainsi que des risques vibratoires pour le vilebrequin.
Toute une série de solutions proposées utilisent des engrenages entraînés 1 5 directement par le vilebrequin avant la filtration des irrégularités de couple. Ce type
de solution présente des difficultés d'encombrement et des risques pour la fiabilité.
Des solutions mécaniques proposées comprennent des bielles articulées ou de longueur variable. Ce ne sont pas des solutions dont la fiabilité est éprouvée par
l'expérience pour les moteurs modernes.
D'autres solutions susceptibles de fonctionner utilisent des doigts rétractables pour défminir des positions différentes des excentriques montés en tête ou en pied de bielle. Ce ne sont pas des solutions dont la fiabilité est éprouvée par
l'expérience pour les équipages mobiles des moteurs.
Une autre solution connue est d'ajuster le volume de la chambre de combustion au niveau de la culasse. Ces solutions pénalisent la place disponible pour les soupapes, la forme de la chambre de combustion et le mécanisme ajouté
est soumis aux pressions et températures élevées de la combustion.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients suscités.
L'objectif de la présente invention est d'obtenir une très grande réactivité d'ajustement du taux de compression des moteurs à cylindre en ligne, en vé et à plat, quelque soit leurs utilisations, en prélevant très peu d'énergie en sortie du vilebrequin pour cet ajustement. Les procédés et les moyens proposés pour atteindre cet objectif consistent à: utiliser un actionneur fonctionnant avec un gaz pour sa rapidité; maîtriser les évolutions du taux de compression par la libération, le freinage ou le blocage de mouvements, sans emmagasiner d'énergie; utiliser les forces d'inertie et les efforts transmis par les bielles pour accélérer la vitesse d'ajustement du taux de compression; - utiliser des pièces dont la conception accroît les forces d'inerties favorables à la réactivité de l'ajustement du taux de compression, pour
les moteurs en ligne, en vé ou à plat.
La présente invention s'applique aux moteurs thermiques à combustion interne à pistons alternatifs comportant: - une ou plusieurs chambres de combustion disposées soit en ligne, soit en vé, soit à plat; - une ou plusieurs culasses propres ou communes à plusieurs chambres de combustion; - un dispositif de modification du taux de compression; - un calculateur de pilotage du moteur dont l'une des fonctions est de calculer le taux de compression optimal pour les performances, le rendement énergétique et la réduction des rejets polluants, compte tenu de l'utilisation instantanée constatée, des paramètres de fonctionnement
du moteur et de la réactivité du dispositif.
Selon une première caractéristique, l'invention consiste en un procédé qui utilise des gaz pour contribuer à actionner le mécanisme de modification du taux de compression. Les gaz présentent les avantages, par rapport aux liquides, de faibles masses volumiques et de faibles viscosités, d'o de faibles pertes de charge
rapportée à la réactivité.
Selon un mode préféré, le procédé utilise une partie de l'enthalpie des gaz d'échappement pour contribuer à actionner le mécanisme de modification du taux
de compression.
Un dispositif préféré de mise en oeuvre du procédé cité au paragraphe précédent, comprend: un actionneur linéaire conçu pour fonctionner notamment avec un gaz, qui contribue à actionner le mécanisme de modification du taux de compression. L'une des deux chambres cet actionneur linéaire est relié notamment à la tuyère d'échappement du moteur par une canalisation et une vanne de contrôle du débit des gaz d'échappement. Cette vanne s'ouvre et laisse passer les gaz d'échappement prélevés dans la tuyère d'échappement pour remplir la chambre précitée et faire monter la pression dans cette chambre, lorsque le sens de l'effort fourni par les gaz sous pression dans cette chambre permet de contribuer à modifier le taux de compression dans le sens calculé par le calculateur de pilotage du moteur. Cette vanne est fermée dans le cas contraire. La chambre précitée possède également une seconde canalisation contrôlée par une autre vanne. Cette canalisation et cette vanne permettent de faire chuter la pression gazeuse dans la chambre quand le sens de modification du taux de compression demandé par le calculateur de pilotage du moteur, n'est pas compatible avec le sens de l'effort fourni par les gaz sous pression dans la chambre précitée. Le fait de disposer de canalisations distinctes respectivement pour faire monter puis pour faire chuter la pression dans la chambre, améliore respectivement les vitesses de remplissage et de vidange de la chambre. Selon une variante du dispositif précité, les deux chambres de l'actionneur linéaire sont équipées chacune d'une canalisation et d'une vanne de remplissage reliée à la tuyère d'échappement et d'une seconde canalisation et d'une
seconde vanne de décharge de la pression gazeuse.
Selon un second mode d'utilisation des gaz, le procédé utilise une dépression pour contribuer à actionner le mécanisme de modification du taux de
compression.
Un dispositif préféré de mise en oeuvre du procédé cité au paragraphe précédent, comprend une liaison entre la ou les canalisations de la ou les chambres de l'actionneur linéaire cité précédemment, avec la tuyère d'admission en comburant du moteur. Chacune de ces liaisons, contrôlée par la vanne à laquelle elle est connectée et pilotée par le calculateur, a pour avantage d'accélérer la chute de pression des gaz d'échappement contenu dans la chambre de l'actionneur dont le sens de l'effort n'est plus compatible avec le sens de modification demandé par le calculateur de pilotage du moteur. Les gaz d'échappement aspirés dans l'actionneur par la tuyère d'admission, sont comptabilisés dans les gaz d'échappement recyclés,
connu sous le sigle " EGR ", par le calculateur de pilotage du moteur.
Les procédés et dispositifs des cinq paragraphes précédents concernent uniquement des actions motrices, qui contribuent à entraîner le mécanisme de
modification du taux de compression.
Selon une seconde caractéristique, l'invention consiste en un procédé pour réguler les déplacements du mécanisme de modification du taux de compression provoqués par les actions motrices des autres procédés et dispositifs. Dans ce but, le procédé de cette seconde caractéristique de l'invention utilise un dispositif spécifique pour agir sur les pièces du mécanisme de modification du taux de compression selon l'un des trois modes suivants: - libération des déplacements des pièces du mécanisme de modification du taux de compression, en offrant le minimum de résistance à ces déplacements dans un seul sens à la fois, soit dans le sens de l'augmentation du taux de compression, le sens opposé étant bloqué, soit dans le sens de la diminution du taux de compression, le sens opposé étant bloqué, le choix entre ces deux sens étant déterminé par le calculateur de pilotage du moteur afin de permettre au taux de compression de converger vers la valeur optimale calculée; - freinage régulé des déplacements des pièces du mécanisme de modification du taux de compression, soit dans le sens de l'augmentation du taux de compression, le sens opposé étant bloqué, soit dans le sens de la diminution du taux de compression, le sens opposé étant bloqué, le choix entre ces deux sens étant déterminé par le calculateur de pilotage du moteur afin de permettre au taux de compression de converger jusqu'à la valeur optimale calculée; - maintien en position des pièces du mécanisme de modification du taux de compression lorsque le taux de compression a atteint la valeur
optimale calculée par le calculateur de pilotage du moteur.
Selon un mode préféré du dispositif de mise en oeuvre du procédé décrit au paragraphe précédent, ce dispositif comprenant un actionneur linéaire hydraulique qui est positionné pour agir mécaniquement sur le mécanisme de modification du taux de compression. Chacune des deux chambres de l'actionneur est connectée à une canalisation qui se divise en deux branches qui comportent, pour l'une une vanne et pour l'autre, un clapet anti-retour suivi d'une vanne. L'autre extrémité de
chacune de ces quatre branches est connectée à une réserve de liquide hydraulique.
Chacun des deux clapets anti-retour est placé entre l'actionneur et la vanne correspondant à la branche dont il fait partie. Le sens de montage de chacun de ces deux clapets anti-retour est tel qu'il stoppe la circulation de liquide en provenance d'une chambre de l'actionneur vers la vanne à laquelle il est connecté. En ce qui concerne le fonctionnement, pour le mode correspondant à un seul sens de libération totale des déplacements des pièces du mécanisme de modification du taux de compression, la vanne, qui ne comporte pas de clapet anti-retour, reliée à la chambre de l'actionneur hydraulique dont le volume se réduit lorsque le taux de compression converge vers la valeur optimale calculée par le calculateur, est ouverte afin de laisser passer le liquide avec le minimum de résistance. La vanne, qui ne comporte pas de clapet anti- retour, reliée à l'autre chambre de l'actionneur hydraulique, est fermée. En conséquence, les mouvements du mécanisme de modification du taux de compression dans le sens de l'augmentation du volume de cette autre chambre sont libérés dans ce cas, alors que les mouvements de sens contraire sont bloqués. Pour le mode de fonctionnement correspondant au freinage régulé des déplacements des pièces du mécanisme de modification du taux de compression, la vanne qui ne comporte de clapet anti-retour, reliée à la chambre de l'actionneur hydraulique dont le volume se réduit lorsque le taux de compression converge vers la valeur optimale calculée par le calculateur, est régulée en débit par le calculateur afin de faire converger le taux de compression vers la valeur optimale calculée, avec le maximum de vitesse et d'exactitude. La vanne, qui ne comporte pas de clapet anti-retour reliée, à l'autre chambre de l'actionneur hydraulique, est fermée. Pour le mode de fonctionnement correspondant au maintien en position des pièces du mécanisme de modification du taux de compression, toutes les vannes reliée à l'actionneur hydraulique et qui ne comportent pas de clapet anti-retour, sont fermées. La paroi supérieure de la surface de liquide est soit fermée, soit reliée à l'air libre. Ce dispositif est complété par un capteur de mesure du taux de compression et des capteurs de mesure de la pression dans les chambres de l'actionneur, qui informent le calculateur de pilotage du moteur. Ce dernier commande la position soit ouverte, soit régulée en freinage, soit fermée, des vannes précitées pour réaliser l'un des trois modes de fonctionnement du dispositif
spécifique.
Selon une troisième caractéristique, l'invention s'applique à un moteur équipé d'un mécanisme de modification du taux de compression selon le brevet FR9915104. Ce mécanisme comporte notamment un excentrique placé entre le pied de chaque bielle et le maneton correspondant du vilebrequin. Cet excentrique est solidaire de joues, de doigts et d'une pièce de liaison. Cet excentriques et les pièces précitées dont il est solidaire, sont orientés à l'aide d'une tige coulissante dont la direction est articulée sur un pivot. Ce pivot est fixé ou articulé, soit sur un coulisseau, soit sur les bras articulés d'un balancier. Ce coulisseau ou ces bras articulés sont guidés et asservis en position. Cette position est calculée par le calculateur électronique, compte tenu notamment des possibilités définies par la construction mécanique du moteur. Selon cette troisième caractéristique, l'invention consiste en un procédé qui utilise la résultante des forces qui s'exercent sur le pivot, pour contribuer à faire converger sa position vers la position qui correspond au taux de compression optimal calculé par le calculateur de pilotage du moteur. La résultante des forces sur le pivot est la somme des forces dues notamment: - aux accélérations et décélérations fournies par le maneton du vilebrequin à l'excentrique et aux pièces en mouvement du mécanisme de modification du taux de compression; - au moment provoqué par la conjugaison de la force exercée par la bielle sur l'excentrique, avec la distance entre l'axe de la bielle et l'axe du maneton du vilebrequin; - à la somme des moments d'entraînement supportés par l'excentrique et provoqué par les frottements et les cisaillements du film d'huile entre d'une part entre la bielle et l'excentrique, d'autre part entre l'excentrique et le maneton du vilebrequin; - au moment supporté par le pivot provoqué par les frottements et les
cisaillements du film d'huile dus à sa rotation.
Les procédés de l'invention décrits ci-dessus sont complémentaires. Leurs combinaisons augmentent la rapidité de l'ajustement du taux de compression à la
valeur optimale calculée par le calculateur de pilotage du moteur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le ou les doigts solidaires des joues et de chaque excentrique placé entre un pied de bielle et un maneton de vilebrequin, sont tous orientés vers un demiespace défini par un plan solidaire de l'excentrique, ce plan contenant l'axe du maneton. Cette conception permet, par rapport aux solutions spécifiques exposées dans le brevet FR9915104, d'une part de déplacer le centre de gravité du mécanisme de modification du taux de compression vers le pivot, donc d'accroître les forces motrices d'inertie sur le pivot à chaque
tour de vilebrequin, d'autre part de réduire la masse embarquée sur le vilebrequin.
Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, l'axe de chaque pied de bielle est placé au delà de l'axe du maneton du vilebrequin auquel cette bielle est rattachée, par rapport à la position de l'axe du pivot. Cette conception permet, au cours de la première partie de la combustion dans chaque cylindre pour les moteurs à cylindres en ligne et en vé, d'ajouter la poussée de la bielle aux forces d'inertie des pièces du mécanisme de modification du taux de compression, afin d'accroître la vitesse d'ajustement du taux de compression dans le sens de la diminution. Cela correspond à un accroissement de la réactivité pour les phases d'accélération pour la prévention des risques d'autoallumage avec les moteurs à allumage commandé. Notons que ce risque est également contrôlé avec le calage à l'allumage. Le mécanisme d'ajustement du taux de compression décrit ci-dessus équipé, pour chaque maneton du vilebrequin, d'un actionneur à gaz et d'un dispositif hydraulique pour libérer ou réguler ou libérer l'évolution du taux de compression, est un mécanisme très réactif Pour les moteurs de grande diffusion, il est justifié de limiter le nombre d'actionneur et de dispositif hydraulique. Dans ce but, une autre caractéristique de l'invention consiste à lier par une chaîne cinématique tous les pivots du mécanisme de modification du taux de compression. Dans ce cas, le fonctionnement du dispositif d'ajustement du taux de compression d'un moteur nécessite un seul actionneur à gaz et un seul dispositif hydraulique pour: soit
libérer, soit réguler, soit libérer l'évolution du taux de compression.
Selon une autre caractéristique complémentaire de l'invention, deux excentriques sont solidarisés, avec un décalage angulaire, de sorte que les axes de leur diamètre intérieur soient confondus. Cette conception permet d'appliquer les procédés et dispositifs décrits dans le brevet FR9915104, aux moteurs à cylindres
en vé et en ligne.
Selon une autre caractéristique, les deux excentriques accolés sont réalisés en deux demi-coquilles tel que: - une joue centrale sépare les deux excentriques sur chaque demi-coquille; - la joue centrale de l'une des deux demi-coquilles est solidaire d'un doigt; - le doigt cité à l'alinéa précédent est solidaire de l'axe d'une tige coulissante, cet axe étant articulé sur un pivot;
- les deux demi-coquilles sont fixées entre elles par des vis.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui
suit de certains modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemples
purement illustratifs. Dans cette description, on se réfèere aux dessins annexés sur
lesquels: - Les figures 1, 4 et 5 représentent les trois vues extérieures d'un ensemble formé par un excentrique, ses joues, ses doigts et sa tige rectiligne; - Les figures 2, 3, 6 et 7 sont des vues en coupe de l'ensemble formé par un excentrique, ses joues, ses doigts et sa tige rectiligne; - Les figures 8 et 9 sont des vues éclatées du montage sur le vilebrequin de l'ensemble formé par un excentrique, ses joues, ses doigts et sa tige rectiligne et la bielle; - La figure 10 est une vue de coté d'un ensemble formé par deux excentriques accolés et équipés de trois ensembles de joues et de doigts; - Les figures 1 1 et 12 sont des vues en coupe de la figure 10; - La figure 13 est une vue de coté d'un ensemble formé par deux excentriques accolés et équipés de deux ensembles de joues et de doigts; - La figure 14 est une vue en coupe de la figure 13 - La figure 15 représente une vue extérieure dans l'axe de l'ensemble formé par deux excentriques accolés, sa joue centrale, son doigt et sa tige rectiligne; - La figure 16 est une vue en coupe de la figure 15 - La figure 17 est une vue en coupe d'un moteur à cylindres en vé à taux de compression variable; - La figure 18 est une vue en coupe d'un moteur à cylindres à plat à taux de compression variable; - La figure 19 est une vue partielle en coupe d'un moteur à cylindres en ligne à taux de compression variable; - Les figures 20 et 21 sont des vues en coupe de la figure 19; - La figure 22 représente une vue extérieure de l'ensemble formé par un excentrique, ses joues, ses doigts et son alésage pour le guidage de la tige rectiligne; - Les figures 23 et 24 sont des vues en coupe de la figure 22; - La figure 25 est une vue partielle en coupe d'un moteur à cylindres en ligne à taux de compression variable; - La figure 26 représente les forces dues à l'inertie subie par le pivot sur un moteur à taux de compression variable; - La figure 27 représente les efforts subis par le pivot dus à la poussée de la bielle; - La figure 28 représente un exemple de dispositif de freinage contrôlé et de blocage de la position du pivot; - La figure 29 représente un actionneur à gaz qui agit sur le mécanisme de
modification du taux de compression.
Le moteur dans lequel interviennent le dispositif et le procédé, comporte notamment: des cylindres (41), (41a), (41b), un carter (43), des bielles (20), (20a),
(20b), un vilebrequin (23).
La chambre inférieure de l'actionneur (48) représentée notamment sur la figure 28, est reliée à la canalisation (112b) qui se divise en trois canalisations dont deux sont reliées à la réserve hydraulique (118) à travers les vannes (116a), (116b) et le clapet anti-retour (117), la troisième canalisation (112a) étant reliée à une pompe auxiliaire nonreprésentée. Le clapet anti-retour (117) empêche l'huile de passer vers la réserve (118) à travers la vanne (116b). La pompe auxiliaire permet de motoriser le pivot (44). La chambre supérieure de l'actionneur (48) est reliée à la canalisation (113b) qui se divise en trois canalisations dont deux sont reliées à la réserve hydraulique (118) à travers les vannes (114a), (114b) et le clapet anti-retour
(115), la troisième canalisation (113a) étant reliée à la pompe auxiliaire non-
représentée. Le clapet anti-retour (115) empêche l'huile de passer vers la réserve (118) à travers la vanne (114a). La pompe non-représentée est reliée à la réserve
(118) par la canalisation (111) pour son alimentation en liquide hydraulique.
Les efforts de déplacement sur le pivot (44) sont renforcés, en référence à la figure 29, par l'actionneur (125). Le corps de cet actionneur (125) est solidaire du
carter (43) du moteur. Son piston est lié au pivot (44) notamment par la tige (131).
La chambre inférieure (126) de l'actionneur (125) est alimentée à partir de la tuyère d'échappement, non-représentée, grâce à la canalisation (123) et la vanne (122) lorsqu' elle est ouverte. Les gaz de la chambre inférieure (126) sont aspirés par la tuyère d'admission en comburant du moteur, non-représentée, par la canalisation (130), lorsque la vanne (129) est ouverte. La chambre supérieure (124) de
l'actionneur (125) est alimentée à partir de la tuyère d'échappement, non-
représentée, grâce à la canalisation (120) et lorsque la vanne (121) est ouverte. Les gaz de la chambre supérieure (124) sont aspirés par la tuyère d'admission en comburant du moteur, non-représentée, par la canalisation (128), lorsque la vanne
(127) est ouverte.
La résultante des forces exercées par la bielle (20) sur l'excentrique, pendant le début de la combustion dans le cylindre correspondant, est symbolisée par la flèche FB2 sur la figure 27. Cette force FB2 provoque un moment de rotation autour du maneton (25) et les forces de réaction FV et FR2 respectivement sur le maneton (25) et le pivot (44). L'axe de la bielle est placé au delà de l'axe du tourillon (25) par rapport au pivot (44). Au cours de la première partie de la
combustion, la force FR2 s'ajoute donc à la force FR1, représentée sur la figure 26.
La force FR1 est une résultante notamment des forces d'inertie FM dues à la décélération puis à l'accélération provoquée sur les pièces mobiles du mécanisme de modification du taux de compression. Les moments des forces d'inertie: FM
d'une part et FR1 d'autre part, par rapport à l'axe du tourillon (25), s'équilibrent.
La force FB1 appliquée sur le tourillon (25) est la résultante des forces FR1 et FM.
Les forces FR3 et FB3, représentées de façon symbolique sur les figures 17 et 18, sont respectivement la résultante de toutes les forces qui agissent sur le pivot et la
résultante de toutes les forces entre une bielle et son excentrique.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'excentrique constitué par des demi-coquilles (11), (l la), (1 lb) et (10), (lOa), (lob), équipées de joues (1) et (2), possède des doigts (8) et (9) orientés d'un même coté d'un plan solidaire de l'axe de rotation de l'excentrique. Les figure 1 à 7 représentent selon l'invention, une version donnée à titre d'exemple, de l'ensemble constitué notamment d'un excentrique, des joues (1) et (2), des doigts (8) et (9) et de la tige coulissante (6). La demi-coquilles (11) de l'excentrique possède des joues (1) latérales. Chaque joue latérale (1) opposée à la tige coulissante (6) est prolongées par deux doigts (9). Le plan de coupe de la demi-coquilles (11) forme trois de degrés de liberté et quatre des faces intérieures des doigts (9) forment deux degrés de liberté supplémentaires, pour le positionnement précis et la rigidité de l'assemblage la demi-coquille (11) avec la demi-coquille complémentaire (10). La
demi-coquille complémentaire (10) de l'excentrique possède des joues (2) latérales.
Chacune de ces joues latérales (2) est prolongée par un seul doigt (8). L'ensemble formé par la demi-coquille complémentaire (10), les joues (2) et les doigts (8) sont
assemblés entre les doigts (9). Ils sont plaqués sur le plan de coupe de la demi-
coquille (11) grâce à une plaque rainurée (4), à des tenons filetés (3) et des vis (7).
Les rainures de la plaque (4) immobilisent positivement dans le plan deplaque (4) l'extrémité des doigts (8) et (9). La tige rectiligne (6) est épaulée et filetée. Elle est solidarisée sur la plaque rainurée (4) grâce notamment à un écrou (5). Les figures 8 et 9 montrent le montage les pièces et ensembles suivants: - le vilebrequin (23) comportant les manetons (24), les tourillons (25) et les contrepoids (26); - les coussinets en deux demi-coquilles (22) et (29); - les demi-coquilles (11) des excentriques, leurs joues (1) et leurs doigts (11); - les demicoquilles complémentaires (10) des excentriques, leurs joues (2) et leurs doigts (8); - les plaques rainurées (4), les vis de fixation (7) et tenons filetés (3); - les coussinets en deux demi-coquilles (21) et (27);
- la bielle (20) et son chapeau (28).
Les figures 10 à 15 montrent des exemples pour les ensembles constitués: deux excentriques accolés, de joues (1) et (2), de doigts (8) et (9), de la tige
rectiligne (6) et de son écrou de fixation (5).
Les figures 10 à 12 représentent un exemple d'un assemblage constitués de deux excentriques accolés avec un décalage angulaire. Cet assemblage comporte également trois rangées de joues (1)et (2): une joue (1) et (2) centrale et une joue (1) et (2) latérale, prolongées par des doigts (8) et (9). Les fixations avec la plaque rainurée (4) et la tige rectiligne (6) sont analogues à celles exposées au paragraphe précédent. Les figures 13 et 14 représentent une variante de l'assemblage présenté au paragraphe précédent. Les différences sont la suppression des joues et des doigts centraux. Les figures 15 et 16 représentent un troisième exemple d'un assemblage constitué de deux excentriques accolés avec un décalage angulaire. Cet assemblage comporte également une rangée de joues (1) et (2) centrale qui séparent les deux excentriques. Seule la joue (2) est prolongée par un doigt (8). Le doigt (8) est donc unique. Une plaque (40) est soudée en bout du doigt (8). La tige rectiligne (6) est soudée sur la plaque (40). La fixation entre les demi-coquilles (10a), (lOb) d'une part, et ( la), (1 lb) d'autre part, est réalisée pas des vis, non représentées sur les
figures 15 et 16.
Deux exemples de construction du mécanisme pour faire varier continûment le taux de compression d'un moteur à cylindres (41a) et (41lb) en vé ou à plat, utilisant des excentriques accolés entre les manetons (25) du vilebrequin et les pieds des bielles (20a) et (20b) sont illustrés sur les figures 17 et 18. Le décalage angulaire entre les excentriques montés sur chaque bielle est tel que le taux de compression est identique pour chaque cylindre. La tige rectiligne (6) est solidaire du doigt (8) et coulisse dans l'alésage pratiqué à cet effet dans la pièce (45). La pièce (45) est articulée sur le pivot (44). Le pivot (44) est fixé dans le coulisseau (46). Le coulisseau (46) est guidé en translation rectiligne dans le guidage rectiligne (42). Ce guidage rectiligne (42) est solidaire du carter (43). Le coulisseau (46) est relié à l'actionneur (48) et au dispositif de libération, freinage régulé et blocage,
non-représenté sur ces figures, par la tige de liaison (47).
Un exemple de construction du mécanisme pour faire varier continûment le taux de compression d'un moteur à cylindres (41) en ligne, utilisant des excentriques entre les manetons (25) du vilebrequin et les pieds des bielles (20) sont illustrés sur les figures 19 à 21 pour un moteur à quatre cylindres en ligne. La tige rectiligne (6) est solidaire des doigts liés rigidement à l'excentrique et coulisse dans l'alésage pratiqué à cet effet dans la pièce (45) articulée. La pièce articulée (45) est solidaire des pivots (44). Les pivots (44) sont articulés sur des leviers articulés (62) qui font partie d'un balancier. Les leviers (62) du balancier sont articulés sur l'axe (61) fixé sous le chapeau (60) des paliers (72) des maneton (24) du vilebrequin (23). Les leviers articulés (62) du balancier sont solidarisés entre eux par les traverses (63). Deux des cinq leviers articulés (62) sont équipés d'un secteur denté (66). Ces deux secteurs dentés (66) identiques sont accouplés à deux engrenages (65) également identiques. Les engrenages (65) sont placés sur un arbre de transmission (64) guidé sur des paliers (70). A l'une de ses extrémités, l'arbre de transmission (64) est lié à un actionneur à gaz et à un dispositif hydraulique pour soit libérer, soit réguler, soit bloquer l'évolution du taux de compression, cet actionneur et ce dispositif hydraulique ne sont pas représentés sur les figures 19 à 21. L'arbre de sortie (71) du vilebrequin (23) est guidée dans le pallier (72) qui est
solidaire du carter (43).
Les figures 22 à 24 représentent un exemple d'un assemblage constitués d'un excentrique lié rigidement à un alésage (91) usiné dans la pièce (90) . Cet assemblage comporte deux rangées de joues (1) et (2) placées de part et d'autre de l'excentrique. Seules les joues (2) placée de coté de la pièces alésée (90) sont prolongées par des doigts (8). L'excentrique est formé de deux demi-coquilles (10) et (11) liées rigidement entre elles par des vis de fixation (92). La pièce (90) est soudée entre les doigts (8). La figure 25 représente une vue en coupe, passant par les axes des vis de fixation (92) des demi-coquilles (10) et (11) constituant l'excentrique, d'un moteur équipé notamment des pièces représentées sur les figures 22 à 24. La tige rectiligne (6) est solidaire de la pièce (45) articulée (45) sur
le pivot (44). Elle coulisse dans l'alésage (91) réalisé dans la pièce (90).
QRxverd1 caLé an ú 1) Procédé s'appliquant aux moteurs thermiques à combustion interne à pistons alternatifs comportant un calculateur électronique de pilotage du moteur et un dispositif de modification du taux de compression caractérisé en ce qu'une partie de l'enthalpie des gaz d'échappement est utilisée pour contribuer à actionner le mécanisme de modification du taux de compression. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il utilise un dispositif spécifique pour agir sur les pièces du mécanisme de modification du taux de compression selon l'un des trois modes suivants: - libération des déplacements des pièces du mécanisme de modification du taux de compression, en offrant le minimum de résistance à ces déplacements, soit dans le sens de l'augmentation du taux de compression, le sens opposé étant bloqué, soit dans le sens de la diminution du taux de compression, le sens opposé étant bloqué, le choix entre ces deux sens étant déterminé par le calculateur de pilotage du moteur afin de permettre au taux de compression de converger vers la valeur optimale calculée; - freinage régulé des déplacements des pièces du mécanisme de modification du taux de compression, soit dans le sens de l'augmentation du taux de compression, le sens opposé étant bloqué, soit dans le sens de la diminution du taux de compression, le sens opposé étant bloqué, le choix entre ces deux sens étant déterminé par le calculateur de pilotage du moteur afin de permettre au taux de compression de converger jusqu'à la valeur optimale calculée; - maintien en position des pièces du mécanisme de modification du taux de compression lorsque le taux de compression a atteint la valeur
optimale calculée par le calculateur de pilotage du moteur.
3) Dispositif s'appliquant aux moteurs thermiques à combustion interne à pistons alternatifs comportant un calculateur électronique de pilotage du moteur, un dispositif de modification du taux de compression et un actionneur linéaire (125) conçu pour fonctionner notamment avec un gaz afin de contribuer à actionner le mécanisme de modification du taux de compression caractérisé en ce que l'une des deux chambres (124), (126) de l'actionneur linéaire (125) est reliée à la tuyère d'échappement du moteur par une canalisation (120), (123) et
une vanne de contrôle du débit (121), (122) des gaz d'échappement.
4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la chambre (124) ou (126) de l'actionneur linéaire (125), reliée à la tuyère d'échappement du moteur par une canalisation (120), (123) et une vanne de contrôle du débit (121), (122) des gaz d'échappement, possède également une seconde canalisation (128) ou (130) contrôlée par une autre vanne (127) ou (129). ) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comprend une liaison entre la canalisation (128) ou (130) de la chambre (124) ou (126) de l'actionneur linéaire (125) avec la tuyère d'admission en comburant du moteur, cette liaison étant contrôlée par la vanne (127) ou (129) et pilotée par le
calculateur.
6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, comprenant un
actionneur linéaire hydraulique (48) qui est positionné pour agir mécaniquement sur le mécanisme de modification du taux de compression caractérisé en ce que chacune des deux chambres de l'actionneur (48) est connectée à une canalisation (112b), (113b) qui se divise en deux branches qui
comportent, pour l'une une vanne (116a), (114b) et pour l'autre, un clapet anti-
retour (115), (117) suivi d'une vanne (114a), (116b), l'autre extrémité de chacune de ces quatre branches étant connectée à une réserve de liquide hydraulique (118), chacun des deux clapets anti-retour (115), (117) étant placé entre l'actionneur (48) et la vanne (114a), (116b) correspondant à la branche dont il fait partie, le sens de montage de chacun de ces deux clapets anti-retour (115), (117) étant tel qu'il stoppe la circulation de liquide en provenance d'une
chambre de l'actionneur vers la vanne à laquelle il est connecté.
7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 dont le dispositif de
modification du taux de compression comporte un excentrique placé entre le pied de chaque bielle (20), (20a), (20b) et le maneton (25) correspondant du vilebrequin caractérisé en ce que cet excentrique est orienté à l'aide d'une tige coulissante (6) dont la direction est articulée sur un pivot (44), ce pivot étant fixé ou articulé, soit sur un coulisseau (46), soit sur les bras articulés (62) d'un
balancier, guidés et asservis en position.
8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 dont le dispositif de
modification du taux de compression comporte un excentrique placé entre les pieds de bielle (20), (20a), (20b) et les manetons (25) correspondant du vilebrequin ainsi qu'au moins un doigt (8), (9) solidaires des joues (1), (2) de chaque excentrique caractérisé en ce que le ou les doigts (8), (9) solidaires des joues (1), (2) de chaque excentrique placé entre un pied de bielle (20), (20a), (20b) et un maneton (25) correspondant de vilebrequin sont tous orientés vers un demi-espace défini par un plan solidaire de l'excentrique, ce plan contenant
l'axe du maneton (25).
9) Dispositif selon la revendications 7 caractérisé en ce qu'une chaîne cinématique
lie tous les pivots (44) du mécanisme de modification du taux de compression.
) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que
deux excentriques sont solidarisés, avec un décalage angulaire, de sorte que les
axes de leur diamètre intérieur soient confondus.
11)Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 10 comportant un
actionneur lié au mécanisme de modification du taux de compression caractérisé en ce que la chambre inférieure de l'actionneur (48) est reliée à la canalisation (112b) qui se divise en trois canalisations dont deux sont reliées à
la réserve hydraulique (118) à travers les vannes (116a), (116b) et le clapet anti-
retour (117), la troisième canalisation (112a) étant reliée à une pompe auxiliaire, le clapet anti-retour (117) empêchant l'huile de passer vers la réserve (118) à travers la vanne (116b), la chambre supérieure de l'actionneur (48) étant reliée à la canalisation (113b) qui se divise en trois canalisations dont deux sont reliées à la réserve hydraulique (118) à travers les vannes (114a), (114b) et le clapet anti-retour ( 15), la troisième canalisation (113a) étant reliée à la pompe auxiliaire, le clapet anti-retour (115) empêchant l'huile de passer vers la réserve (118) à travers la vanne (114a), la pompe étant reliée à la réserve (118) par la
canalisation (111) pour son alimentation en liquide hydraulique.
12) Dispositif selon la revendication 10 dont les paires d'excentriques accolés avec un décalage angulaire sont réalisés en deux demi-coquilles (10a), (lob), (1 la), (1 lb) caractérisé en ce que chaque paire d'excentrique comporte également une rangée de joues (1) et (2) centrale qui séparent les deux excentriques, seule la joue (2) étant prolongée par un doigt (8) unique, une plaque (40) étant soudée en bout du doigt (8), la tige rectiligne (6) étant soudée sur la plaque (40), la fixation entre les demi coquilles (1Oa), (1 Ob) d'une part, et (1 la), (1 lb) d'autre
part, étant réalisée par des vis.
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| JP2001542680A JP4505170B2 (ja) | 1999-11-30 | 2000-11-28 | 往復動ピストンエンジンの動作を最適化するために圧縮比を変更するための方法と装置 |
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2000
- 2000-07-10 FR FR0008947A patent/FR2811373B1/fr not_active Expired - Fee Related
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