FR2882575A1 - Dispositif tres compact pour ajuster le taux de compression d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé pour ajuster le taux de compression des moteurs à combustion interne pendant leur fonctionnement.Un excentrique 18 solidaire d'au moins une collerette latérale 21c 21b et logé à glissement dans l'alésage de la tête de bielle est contrôlé en position angulaire grâce à au moins un vérin 34a, 34b, 34c, 34d et un capteur de mesure de position sans contact 43..

Description

Dispositif très compacte pour ajuster le taux de compression

d'un moteur à combustion interne.

Domaine technique La présente invention se rapporte à un dispositif d'ajustement du taux de compression d'un moteur à combustion interne et à un procédé permettant 5 l'utilisation d'un tel dispositif.

Elle concerne plus particulièrement un dispositif qui peut changer le taux de compression de ce moteur en modifiant le volume mort de la chambre de combustion au point mort haut du piston.

Technique antérieure Il est déjà connu, par le document EP 0 066 350, un dispositif d'ajustement du taux de compression d'un moteur dans lequel ce moteur comprend un vilebrequin, un cylindre à l'intérieur duquel un piston coulisse dans un mouvement translatif alternatif par l'intermédiaire d'une bielle reliée audit piston et audit vilebrequin, ce piston délimitant avec le haut du cylindre une chambre de combustion comportant un volume mort au point mort haut de ce piston, et un excentrique rotatif, de type tracté, intercalé entre la bielle et le piston. Cet excentrique, dans une première position, permet au piston de réduire le volume mort de la chambre de combustion tout en augmentant le taux de compression et d'augmenter ce volume mort, pour une autre position de cet excentrique, tout en obtenant un taux de compression plus faible. Pour obtenir ces différentes positions, l'alésage de la tête de bielle présente des rainures axiales qui coopèrent avec un doigt de verrouillage disposé dans l'excentrique, radialement par rapport à l'axe dudit excentrique afin de l'immobiliser dans l'une des positions correspondant à l'une desdites rainures axiales de la bielle.

Ce dispositif d'ajustement du taux de compression présente beaucoup d'avantages: il est localisé dans l'équipage mobile et est économe en énergie: il est actionné par de l'énergie fournie directement par l'équipage mobile. Son implantation est peu contraignante: elle n'affecte ni la chambre de combustion ni les liaisons avec l'échappement, ou avec les organes de distribution ou avec la transmission, ni le poids du piston. Il est néanmoins perfectible.

La tête de bielle est très volumineuse afin de loger à la fois l'excentrique et le dispositif de verrouillage mécanique.

La commande du dispositif d'ajustement du taux de compression doit transiter par plusieurs organes mobiles les uns par rapport aux autres: le carter, le vilebrequin et enfin l'excentrique lié à la bielle.

Le système de verrouillage mécanique est nécessairement soumis à des niveaux élevés de frottement et de contraintes, et même éventuellement à des chocs.

Cet aspect conjugué avec le peu de place disponible dans l'excentrique, affecte la durée de vie.

Des conceptions plus récentes présentent une implantation différente d'un tel système de verrouillage mécanique. C'est le cas du document JP 3 026 834 où le doigt de verrouillage est logé dans le palier du vilebrequin ou encore du document DE 10 243 023 où les doigts ou les cliquets de verrouillage sont logés dans le maneton du vilebrequin. Ces conceptions également n'ont pas un volume minimisé : en effet, ces dispositifs de verrouillage étant intégrés en quasi-totalité dans des parties du vilebrequin par lesquelles transite le couple du moteur, les encombrements desdites parties du vilebrequin sont nécessairement accrues pour permettre au vilebrequin de résister aux contraintes générées par le couple qu'il transmet.

De plus ces systèmes de verrouillage mécaniques ont un nombre fini de positions. Ils ne permettent donc pas d'obtenir un ajustement continu du taux de compression sur une plage.

Dans un autre type de dispositif de variation du taux de compression, comme mieux décrit dans la demande de brevet EP 1 247 958, l'excentrique n'est pas un excentrique de type tracté mais un excentrique motorisé. Un moteur électrique ou hydraulique entraîne une vis sans fin irréversible qui coopère avec un secteur denté de l'excentrique.

Ce dispositif présente un inconvénient majeur car le moteur électrique ou hydraulique doit contrecarrer les différents frottements et les différentes forces d'inerties, notamment celles de l'équipage mobile du moteur à combustion interne, pour motoriser l'excentrique. Or ces frottements et ces forces d'inertie sont très importants. Ledit moteur électrique ou hydraulique est donc nécessairement encombrant. De plus, l'énergie pour alimenter ce moteur doit être fournie par un organe annexe. Le rendement est donc lourdement pénalisé.

Exposé de l'invention La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci-dessus mentionnés grâce à un dispositif d'ajustement du taux de compression économe en énergie, d'une compacité au meilleur niveau tout en étant aisément compatible avec une durée de vie élevée.

A cet effet, la présente invention concerne un dispositif d'ajustement du taux de compression d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre avec une chambre de combustion, un équipage mobile comportant un piston déplaçable en translation sous l'action d'une bielle liée par un axe audit piston et raccordée à un maneton d'un vilebrequin, ledit piston effectuant une course entre un point mort haut et un point mort bas en laissant subsister un volume mort au point mort haut dudit piston, le dispositif comprenant entre la tête de bielle et le maneton du vilebrequin un excentrique rotatif permettant d'ajuster le taux de compression, le dispositif comprenant également des moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comprennent au moins une liaison cinématique sans verrou entre une protubérance radiale solidaire de l'excentrique et un mécanisme d'ajustement en position par rapport au vilebrequin, ledit mécanisme étant intégré dans l'un des deux flans du vilebrequin, ladite liaison cinématique et ledit mécanisme d'ajustement en position par rapport au vilebrequin étant d'une part disposé en majeure partie ou en totalité en dehors du maneton, du palier et du levier reliant le maneton au palier du vilebrequin, et d'autre part intégrés dans un volume dont le point le plus éloignée de l'axe du vilebrequin décrit un cercle, au cours de la rotation du moteur, d'un diamètre du même ordre de grandeur ou inférieur au diamètre du plus grand cercle décrit par la tête de bielle ou du plus grand cercle décrit par les flans du vilebrequin.

La présente invention associe plusieurs avantages déterminants, qui ne sont jamais tous réunis simultanément dans les conceptions décrites dans l'art antérieur. Le premier avantage est une compacité au meilleur niveau sur toutes les pièces constitutives du dispositif. Cela concerne: 1L'excentrique logé dans la tête de bielle peut être dimensionné aux dimensions les plus compactes puisqu'il est solidaire d'une protubérance radiale par laquelle transitent les déplacements et les contraintes mécaniques liées au contrôle de sa position; 2-L'encombrement du vilebrequin peut être également être dimensionné aux dimensions les plus compactes puisque les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique sont disposés dans les zones disponibles balayées par un vilebrequin conventionnel, en majeure partie ou en totalité en dehors du maneton, du palier et du levier reliant le maneton au palier du vilebrequin, donc lesdits moyens de contrôle selon l'invention ne nécessitent pas d'accroissement de l'encombrement du vilebrequin alors que leur intégration n'affaiblit pas la résistance mécanique du vilebrequin; 3L'encombrement nécessaire à l'équipage mobile peut aussi être minimal puisque les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique embarqués sur l'équipage mobile sont intégrés dans le cylindre géométrique définit par la rotation de la tête de bielle ou par la rotation du flan du vilebrequin.

Le second avantage est un volume disponible important pour loger les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique. Ce second avantage est compatible avec le premier susmentionné car selon l'invention les principaux composants desdits moyens de contrôle: la liaison cinématique et le mécanisme d'ajustement en position par rapport au vilebrequin, sont intégrés dans le flan du vilebrequin, dans l'espace contigu au levier, au maneton et au palier du vilebrequin.

Ce volume est important et disponible dans l'encombrement usuel de l'équipage mobile d'un moteur traditionnel.

Le troisième avantage est l'aptitude à des durées de vie élevées liée à la robustesse des conceptions possibles avec la présente invention. Ce troisième avantage est lié à des spécificités de la présente invention énumérées ci-dessous: a) L'importance du volume disponible pour intégrer le mécanisme d'ajustement en position par rapport au vilebrequin et sa liaison cinématique avec l'excentrique, ce qui permet de dimensionner généreusement ces composants sans pénaliser l'encombrement global; b) Ladite liaison cinématique ne comporte pas de verrou, elle n'est donc pas 20 fragilisée par ce type de système; c) La protubérance radiale solidaire de l'excentrique réalise une fonction simple, elle est donc aisée à réaliser de façon robuste; d) Ladite protubérance radiale participe à la résistance mécanique de l'excentrique et répartit les contraintes dans sa section; e) L'excentrique est exempt de pièce ou de forme constitutive d'un verrou, il n'est donc pas fragilisé par ce type de système.

Les caractéristiques de la présente invention associent donc une durée de vie élevée à une compacité au meilleur niveau et à un volume important pour l'intégration du dispositif.

Selon une première caractéristique complémentaire, les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique selon l'invention permettent de réaliser un ajustement continu du taux de compression sur sa plage de variation. Cette caractéristique associe aux avantages précités de la présente invention la possibilité d'ajuster en tout point le taux de compression à la valeur optimale.

Selon une seconde caractéristique complémentaire, les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique selon l'invention utilisent de l'énergie prélevée sur l'équipage mobile pour déplacer l'excentrique. Cette caractéristique associe aux avantages précités de la présente invention la possibilité d'ajuster le taux de compression avec une grande réactivité et une grande sobriété énergétique du dispositif. De plus, cette caractéristique associe également l'avantage de permettre de ne prélever sur les périphériques de l'équipage mobile ou du moteur à combustion interne que l'énergie de commande nécessaire au dispositif selon l'invention.

Selon une troisième caractéristique complémentaire, les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique selon l'invention comprennent deux ensembles placés de part et d'autre de l'excentrique et constitués chacun au moins d'une liaison cinématique sans verrou liée à une protubérance radiale solidaire de l'excentrique et d'un mécanisme d'ajustement en position par rapport au vilebrequin. Cette caractéristique permet de renforcer la robustesse pour les équipages mobiles très fortement sollicités.

Selon une quatrième caractéristique complémentaire, les deux mécanismes d'ajustement en position par rapport au vilebrequin appartenant aux deux ensembles placés de part et d'autre de l'excentrique, cités au paragraphe précédent, sont liés cinématiquement de sorte qu'ils participent de façon approximativement égale au contrôle du déplacement de l'excentrique. Cette caractéristique renforcer la robustesse de l'ensemble.

Selon une cinquième caractéristique complémentaire, le mécanisme d'ajustement en position par rapport au vilebrequin appartenant aux moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique selon l'invention comporte au moins un actionneur linéaire. L'avantage d'un actionneur linéaire réside dans la simplicité.

Selon une sixième caractéristique complémentaire, ledit mécanisme d'ajustement en position de l'excentrique par rapport au vilebrequin selon l'invention comporte deux actionneurs linéaires dont les axes sont distincts. Ces deux actionneurs peuvent être à simple effet. Ainsi chaque actionneur peut travailler par simple poussée et agir en sens opposé sur l'orientation de l'excentrique. Cette conception permet de simplifier les liaisons cinématiques. De par ailleurs, l'encombrement axial d'un actionneur à simple effet est inférieur à celui d'un actionneur à double effet.

Selon une septième caractéristique complémentaire de la précédente, les deux actionneurs linéaires sont placés de par et d'autre du maneton et du palier du vilebrequin. Cette conception facilite l'intégration desdits actionneurs dans le flan du vilebrequin.

Selon une huitième caractéristique complémentaire de l'invention, le coefficient de frottement entre de l'alésage de l'excentrique et le maneton du vilebrequin est inférieur à dix-sept centièmes. Cette valeur du coefficient de frottement présente l'avantage de permettre à l'excentrique d'être tracté pour de nombreuses applications. La définition d'un excentrique tracté est précisée dans la

description du mode préféré de réalisation.

Selon neuvième une caractéristique complémentaire, le coefficient de frottement entre l'excentrique et l'alésage de la tête de bielle est supérieur à vingt centièmes. Cette valeur du coefficient de frottement présente l'avantage de permettre à l'excentrique de ne pas être tracté pour de nombreuses applications. L'avantage est que l'excentrique ne tourne donc pas en absence d'un couple généré par un actionneur spécifique. L'excentrique conserve donc sa position angulaire sans nécessiter de moyen spécifique pour le bloquer ou pour le maintenir.

Selon une dixième caractéristique qui constitue une variante de la précédente, les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique selon l'invention mesure une distance à l'aide d'un capteur de mesure sans contact, entre une position solidaire du carter du moteur et l'une des pièces qui se déplace par rapport au vilebrequin pour ajuster le taux de compression. La mesure d'une distance de ce type présente l'avantage de permettre au dispositif de déterminer sans erreur significative le taux de compression. De par ailleurs, un capteur sans contact permet d'obtenir une durée de vie élevée et une grande fiabilité pour cette mesure.

La protubérance radiale solidaire de l'excentrique liée à la liaison cinématique appartenant aux moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique peut être une collerette solidaire de l'excentrique. Cette conception présente l'avantage de répartir les contraintes de contrôle de la position de l'excentrique sur les trois cent soixante degrés de l'excentrique.

Les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique selon l'invention possèdent des moyens de commande du mécanisme d'ajustement en position par rapport au vilebrequin.

L'invention concerne aussi un procédé d'ajustement du taux de compression d'un moteur à combustion interne, ledit moteur comprenant au moins un cylindre avec une chambre de combustion, un équipage mobile comportant un piston mobile en translation sous l'action d'une bielle liée par un axe audit piston et raccordée à un maneton d'un vilebrequin, ledit piston effectuant une course entre un point mort haut et un point mort bas en laissant subsister un volume mort au point mort haut dudit piston, caractérisé en ce que le procédé consiste à : - déterminer le taux de compression souhaité du moteur; - déterminer la position que doit atteindre l'une des pièces qui se déplace par rapport au vilebrequin selon une fonction continue du taux de compression, à un angle de rotation déterminé du vilebrequin, pour obtenir le taux de compression souhaité ; contrôler la distance audit angle de rotation du vilebrequin utilisé à la phase précédente, entre une position solidaire du carter du moteur et ladite pièce qui se déplace par rapport au vilebrequin selon une fonction continue du taux de compression.

Description sommaire des dessins

Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la 20 lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexés: - la figure 1 montre, en vue crevée, le moteur à combustion interne selon un plan parallèle aux axes du vilebrequin et du cylindre; -la figure 2 montre le moteur à combustion interne selon un plan de coupe 25 parallèle l'axe du cylindre et perpendiculaire au vilebrequin; - la figure 3 montre, en vue crevée selon un plan parallèle aux axes du vilebrequin et du cylindre, le moteur à combustion interne ajusté à son taux de compression maximum équipé du dispositif réalisé selon un mode particulier de réalisation; la figure 4 montre le moteur à combustion interne ajusté à son taux de compression maximum selon un plan de coupe parallèle l'axe du cylindre et perpendiculaire au vilebrequin, équipé de dispositif réalisé selon un mode particulier de réalisation; - la figure 5 montre, en vue crevée selon un plan parallèle aux axes du vilebrequin et du cylindre, le moteur à combustion interne ajusté à son taux de compression minimum équipé du dispositif réalisé selon un mode particulier de réalisation; - la figure 6 montre le moteur à combustion interne ajusté à son taux de compression minimum selon un plan de coupe parallèle l'axe du cylindre et perpendiculaire au vilebrequin, équipé de dispositif réalisé selon un mode particulier de réalisation; - la figure 7 montre, le moteur à combustion interne équipé de ses 5 conducteurs de commande du dispositif; - la figure 8 montre les composants mécaniques embarqués sur l'équipage mobile du dispositif d'ajustement du taux de compression; - la figure 9 montre le vilebrequin et le pied de bielle équipé du dispositif d'ajustement du taux de compression pour les moteurs fortement chargés; - la figure 10 montre une variante des éléments de transmission de la commande du dispositif d'ajustement du taux de compression; - la figure 11 montre le vilebrequin en coupe pour une variante du dispositif d'ajustement du taux de compression.

Manières de réaliser l'invention Les figures 1 et 2 montrent un moteur à combustion interne avec au moins un cylindre 31 qui comprend un alésage 16 à l'intérieur duquel coulisse un piston creux 14 dans un mouvement translatif alternatif sous l'impulsion d'une bielle 15. Ce piston délimite avec sa partie haute, la paroi latérale de l'alésage 16 et la partie haute de cet alésage, généralement formée par une partie de la culasse 11, une chambre de combustion 10 dans laquelle se déroule le cycle de combustion. Le piston porte deux alésages radiaux diamétralement opposés au travers desquels est logé un axe cylindrique 13 qui relie le pied de bielle 12 audit piston. La tête de bielle 17 est reliée par un dispositif d'ajustement du taux de compression 32 à un maneton 22 d'un vilebrequin 28. Ce vilebrequin 28 est soumis à un mouvement de rotation autour d'un axe XX. Comme cela est connu, le piston 14, l'axe 13, la bielle 15, le vilebrequin 28 avec son maneton 22 forment l'équipage mobile du moteur.

Dans les moteurs conventionnels, pendant le mouvement de rotation du vilebrequin 28, le maneton 22 passe successivement d'une position haute, à une position basse. Pendant ce mouvement, le piston 14, qui est relié au maneton 22 par la bielle 15, subit un mouvement translatif alternatif entre un point mort haut et un point mort bas. Dans ces moteurs, lorsque le piston est au point mort haut, soit à la fin de la phase de compression, soit à la fin de la phase d'échappement, il subsiste un volume mort dans la chambre de combustion 10. Comme le sait pertinemment l'homme du métier, le taux de compression d'un moteur est une fonction non seulement de l'étendue du volume du cylindre délimité par la course du piston mais aussi de l'ampleur du volume mort. Pour modifier le taux de compression, il suffit de modifier l'un de ces volumes et plus particulièrement la grandeur du volume mort.

Pour ce faire, le dispositif d'ajustement de taux de compression 32 comprend un excentrique 18 logé entre le maneton 22 et un alésage 19 prévu dans la tête de bielle 17. Cet excentrique 18 a une forme générale circulaire avec un axe géométrique X1X1 qui correspond à son axe milieu et comprend un alésage 20 d'axe XOXO non coaxial avec l'axe X1X1 mais confondu avec l'axe du maneton 22. Cet excentrique est logé à glissement dans l'alésage de réception 19 réalisé dans la tête de bielle 17 et sur la paroi périphérique du maneton 22.

Lorsque le piston 14 est au point mort haut, le volume mort de la chambre de combustion 10 est une fonction continue de l'orientation angulaire de l'excentrique 18. En effet, l'axe de la tête de bielle 17 est confondue avec l'axe X1X1 de l'excentrique 18 et l'axe du maneton 22 avec l'axe XOXO de l'alésage 20 de l'excentrique 18. Or l'axe X1X1 de l'excentrique 18 n'est pas coaxial avec l'axe XOXO de son alésage 20. Donc lorsque le piston 14 est au point mort haut, la distance entre l'axe de la tête de bielle 17 et la culasse 11, est une fonction continue de l'orientation angulaire de l'excentrique, définie par exemple par l'angle entre d'une part la droite passant par son axe X1X1 et par l'axe XOXO de son alésage 20, d'autre part la droite de référence YY perpendiculaire à l'axe du cylindre 31 et à l'axe X l X l de l'excentrique 18. La figure 1 présente deux orientations angulaires de l'excentrique, l'une en trait plein et l'autre en pointillé, correspondant à deux taux de compression différents du moteur à combustion interne. L'orientation angulaire de l'excentrique 18 d'angles AH entre les droites YY et DH, la droites DH passant par les axes X1X1 de l'excentrique 18 et XOXO de son alésage 20, le point mort haut du piston 14 est PMHmax et correspond à un volume mort VHmin de la chambre de combustion 10. L'orientation angulaire de l'excentrique 18 correspondant à 1' angles AB entre les droite YY et DB, la droites DB passe par les axes X1X1 de l'excentrique 18 et XOXO de son alésage 20, le point mort haut du piston 14 est PMHmin et correspond à un volume mort VHmax de la chambre de combustion 10. Le volume mort VHmax est supérieur au volume mort VHmin et correspond à un taux de compression inférieur du moteur à combustion interne.

Le dispositif d'ajustement de taux de compression 32 comprend également des moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique 18 comportant d'une part la liaison cinématique 30 liée cinématiquement à la collerette 21 qui constitue la protubérance radiale solidaire de l'excentrique 18, d'autre part le mécanisme d'ajustement en position 29 par rapport au vilebrequin 28. Ledit mécanisme d'ajustement en position 29 est intégré dans le flan 33 du vilebrequin 28, cette intégration étant plus particulièrement réalisée en quasi-totalité dans la masse d'équilibrage 26 dudit vilebrequin 28. Ladite liaison cinématique 30 et ledit mécanisme d'ajustement en position 29 sont intégrés en totalité en dehors du maneton 22, du palier 27 et du levier 23 reliant le maneton 22 au palier 27 du vilebrequin28. Ils occupent un volume dont le point le plus éloignée de l'axe XX du vilebrequin 28 décrit un cercle 25, au cours de la rotation du moteur, d'un diamètre du même ordre de grandeur que le plus grand diamètre du cercle 24bi décrit par la tête de bielle 17 ainsi que du plus grand diamètre du cercle 24vi décrit par les flans 33 du vilebrequin 28. La liaison cinématique 30 ne comporte pas de verrou et l'excentrique 18 est exempt de pièce ou de forme constitutive d'un verrou.

Les figures 3 à 7 présente le premier mode particulier préféré de réalisation selon l'invention. La collerette 21 solidaire de l'excentrique 18 forme une bascule avec deux plots de liaison 34a, 34b. Le mécanisme d'ajustement en position 29 par rapport au vilebrequin 28 comporte deux actionneurs linéaires placés de part et d'autre du maneton 22 et du palier 27 du vilebrequin 28. Ces deux actionneurs linéaires sont des vérins hydrauliques à simple effet 36a et 36b dont les axes 37a, 37b sont distincts. La liaison cinématique 30 entre la collerette 21 et le mécanisme d'ajustement en position 29 est constitué par le sommet des tiges 30a, 30b des vérins 36a et 36b qui poussent les plots de liaison 34a, 34b de la bascule formée par la collerette 21. La liaison cinématique 30 et le mécanisme d'ajustement en position 29 sont intégrés en totalité en dehors du maneton 22, du palier 27 et du levier 23 reliant le maneton 22 au palier 27 du vilebrequin28. Ils occupent un volume dont le point le plus éloignée de l'axe XX du vilebrequin 28 décrit un cercle 25, au cours de la rotation du moteur, d'un diamètre égal au plus grand diamètre du cercle 24bi décrit par la tête de bielle 17 ainsi que du cercle 24vi décrit par les flans 33 du vilebrequin 28.

Chaque vérins hydrauliques à simple effet 36a et 36b travaille par simples poussées cinématiquement opposées grâce à la fonction réalisée par la bascule articulée autour de l'axe XOXO de alésage 20 appartenant à l'excentrique 18 et confondu avec l'axe du maneton 22. Un avantage supplémentaire de ce dispositif d'ajustement du taux de compression est qu'il n'applique pas d'effort de direction axiale sur l'excentrique 18.

La circulation de l'huile entre les chambres 35a, 35b des deux vérins 35 hydrauliques 36a, 36b est contrôlée par une vanne hydraulique 40 placée dans la masse d'équilibrage 26 du vilebrequin 28.

Le premier mode particulier préféré de réalisation selon l'invention décrit ci-dessus permet d'ajuster continûment le taux de compression du moteur à combustion interne sur sa plage de variation. En effet, chaque sous-ensemble constitutif du dispositif d'ajustement du taux de compression permet de un positionnement sur n'importe quel point à l'intérieur de la plage de variation. Ces sous-ensembles sont: l'excentrique 18 solidarisé avec sa collerette 21 et ses plots 34a, 34b qui peuvent être positionnés à n'importe quel angle à l'intérieur de la plage de variation de l'angle de positionnement de l'excentrique 18, la liaison cinématique 30 qui est continue, réversible et exempte de pièce constitutive d'un verrou, les vérins hydrauliques linéaires 36a, 36b qui peuvent être positionnés à n'importe quelle position sur leur plage de variation respective, de par ailleurs ils sont également réversibles, et enfin la vanne hydraulique 40 qui peut alimenter les chambres 35a, 35b des deux vérins hydrauliques 36a, 36b pour réaliser n'importe quel positionnement à l'intérieur de leur plage de variation.

Selon le premier mode particulier préféré de réalisation selon l'invention présenté sur les figures 3 à 6, l'excentrique 18 est tracté pendant le fonctionnement du moteur et la vanne hydraulique 40 permet d'autoriser ou d'interdire à tout moment et pendant une durée ajustable, via les canalisation hydraulique 42a, 42b, le passage d'huile entre les chambres 35a, 35b des deux vérins hydrauliques 36a, 36b. Cet excentrique est dit tracté lorsque, pendant le fonctionnement du moteur, lorsqu'il est soumis à un couple moteur d'entraînement en rotation autour de l'axe XOXO, successivement dans le sens de rotation horaire de l'excentrique 18 puis dans le sens anti-horaire, généré par les forces dues aux différentes inerties conjuguées aux déplacements de l'équipage mobile du moteur en rotation, par des forces de frottements et par les forces résultantes des pressions gazeuses qui s'exercent sur ledit équipage mobile. Pour que ce couple d'entraînement de l'excentrique 18 soit positif successivement dans le sens de rotation horaire de l'excentrique 18 puis dans le sens anti-horaire, et pour qu'il permettre d'obtenir une plage une variation Sde l'altitude du piston 14 au point mort haut, il est nécessaire de respecter les critères suivants: un angle de débattement limite de l'excentrique 18 et des valeurs limites des différents coefficients de frottement influents. Pour la réalisation présentée sur les figures 3 à 6, la plage de variation S du piston 14 au point mort haut est de cinq millimètres et le diamètre du maneton 22 de cinquante millimètres. L'angle de débattement de l'excentrique 18 est de trente degrés au dessus et de trente degrés au dessous de la droite de référence YY. Le coefficient de frottement du palier fluide, placé entre l'alésage de la tête de biellel7 et l'excentrique 18, est inférieur à cinq pour mille. Le coefficient de frottement entre le maneton 22 du vilebrequin 28 et l'excentrique 18 est inférieur à onze centième. Le maneton 22 du vilebrequin 28 est revêtu de carbone amorphe afin de garantir cette limite supérieure de coefficient de frottement. Ainsi, lorsque la vanne 40 met en communication les chambres 35a, 35b des deux vérins hydrauliques 36a, 36b, l'excentrique 18 est accéléré en rotation, par rapport au maneton 22 du vilebrequin 28, dans un sens qui dépend principalement du temps de auquel se situe le moteur à combustion interne dans son cycle de fonctionnement, aspiration ou compression ou autre, de l'angle et de la vitesse de rotation du vilebrequin 28, et de la charge du moteur à combustion interne. Par contre, lorsque la vanne 40 bloque les transits d'huile entre les chambres 35a, 35b des deux vérins hydrauliques 36a, 36b, la position en rotation de l'excentrique 18 par rapport au maneton 22 et par rapport au vilebrequin 28 est stoppée parce que l'huile ne peut pas sortir des chambres 35a, 35b des vérins hydrauliques 36a, 36b et que lesdites chambres sont exemptes d'air. Les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique selon le premier mode préféré de réalisation de l'invention motorisent donc l'excentrique avec de l'énergie prélevée directement sur l'équipage mobile. Seule l'énergie nécessaire à la commande des moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique est prélevée sur les périphériques de l'équipage mobile ou du moteur à combustion interne. Cette caractéristique minimise l'énergie nécessaire à l'ajustement du taux de compression.

De par ailleurs, afin d'éliminer toute présence d'air dans les chambres 35a, 35b des deux vérins hydrauliques 36a, 36b et également afin de compenser les déperditions d'huile qui retourne à la bâche du carter du moteur, les chambres 35a, 35b des deux vérins hydrauliques 36a, 36b dernières sont gavées en huile en permanence par la pompe de lubrification présente sur les moteurs traditionnels, via les canalisations 38a, 38b, les clapets anti-retours 39a, 39b et la canalisation 41 de la lubrification usuelle de l'équipage mobile. Le sens de montage des clapets antiretours 39a, 39b est tel que la canalisation 41 peut alimenter en huile les chambres 35a, 35b des vérins hydrauliques 36a, 36b, mais les retours d'huile desdites chambres vers la canalisation 41 sont bloqués.

Afin de positionner le taux de compression à sa valeur maximale lorsque le moteur est à l'arrêt, le premier mode préféré de réalisation selon l'invention prévoit une canalisation hydraulique 44 qui relie la chambre 35a du vérin 36a d'augmentation du taux de compression, à un moyen de génération de pression hydraulique alors que le moteur est à l'arrêt, via un clapet anti-retour 45 qui empêche l'huile de revenir vers ledit moyen de génération de pression hydraulique. Cette option présente l'avantage de permettre d'arrêter immédiatement le moteur, pour n'importe quelle valeur du taux de compression, dès la demande de l'utilisateur, tout en pouvant disposer du taux de compression le plus élevé afin de faciliter les démarrages du moteur à combustion interne par grand froid.

Selon le premier mode préféré de réalisation selon l'invention, présenté sur la figure 7, la vanne hydraulique 40 est commandée via un électroaimant. Sa bobine électrique, non représentée, est solidaire du carter du moteur et son noyau mobile est embarqué sur l'équipage mobile pour permettre d'actionner le tiroir de la vanne hydraulique. Le flux magnétique généré par la bobine électrique transite dans les conducteurs magnétiques de la bobine, puis dans les conducteurs de champs magnétique 47a, 47b, 47c, 47d solidaires du carter du moteur, puis par des lamelles d'air 48c, 48d pour atteindre et circuler dans les conducteurs de champs magnétique 49c, 49d embarqués sur l'équipage mobile, plus précisément pour cette application, embarqué sur la masse d'équilibrage 26 dans le flan 33 du vilebrequin 28 ainsi que dans le noyau mobile. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'une grande durée de vie car la commande électrique et électromagnétique est transmise sans frottement. De par ailleurs, un plus grand choix est possible pour placer la bobine électrique sans pénaliser l'encombrement global et ladite bobine peut être alimentée par des liaisons électriques continues, sans l'interface d'un collecteur électrique.

Le tiroir, non représenté, de la vanne hydraulique 40 en position fermée est d'une part poussé dans le sens de la fermeture par un ressort, d'autre part attelé à un vérin à double effet dont les forces qui s'exercent de chaque coté de son piston sont en équilibres. Lorsque la vanne hydraulique 40 est en position fermée, les chambres hydrauliques dudit vérin à double effet sont alimentées en huile sous pression par les chambres 35a, 35b des vérins 36a, 36b, via des clapets anti-retours, non représentés, afin d'interdire toute communication de fluide hydraulique entre les deux chambres 35a, 35b des vérins 36a, 36b par ce circuit de commande. Pour ouvrir la vanne hydraulique 40 et mettre en communication les deux chambres 35a, 3.5b des vérins 36a, 36b, ledit noyau mobile est déplacé sous l'action du flux magnétique généré par le circuit de commande, ce qui ouvre un clapet et provoque la mise à la bâche d'une chambre hydraulique du vérin à double effet de sorte que la chute de pression dans cette chambre hydraulique génère une force du vérin à double effet dans le sens de l'ouverture de la vanne hydraulique 40. Les pertes de charge dans le circuit de ladite mise à la bâche sous l'action dudit noyau mobile sont très inférieures aux pertes de charge d'alimentation de la chambre hydraulique précitée du vérin à double effet par les chambres 35a, 35b des vérins 36a, 36b. La conséquence est un mouvement rapide d'ouverture de la vanne hydraulique 40. L'huile qui retourne ainsi à la bâche du carter du moteur est remplacée dans le dispositif d'ajustement du taux de compression par de l'huile mise sous pression par la pompe de lubrification du moteur, via le circuit comportant les canalisations 41, 38a, 38b et les clapets anti-retours 39a, 39b décrit précédemment. Le complément décrit dans ce paragraphe permet d'obtenir une assistance hydraulique à l'ouverture et à la fermeture de la vanne hydraulique 40 et donc de réaliser la commande du dispositif d'ajustement du taux de compression avec une faible puissance du flux électromagnétique qui transite par les conducteurs magnétiques 47a, 47b, 47c, 47d, 49c, 49d.

Une variante de la commande de la vanne hydraulique 40 est présentée sur la figure 10. La vanne hydraulique 40 est actionnée par le poussoir 52. Les cames mobiles 51a, 51b actionnées par un dispositif non représenté permettent d'actionner le poussoir 52 ou de ne pas l'actionner suivant la commande qu'elles reçoivent du circuit de commande. La carne 51a permet d'ouvrir la vanne 40 lorsque le piston est proche du point mort haut et la came 5 lb lorsque le piston est proche du point mort bas.

Selon le premier mode préféré de réalisation selon l'invention, présenté sur les figures 3 et 5, le taux de compression ajusté par le dispositif est mesuré par un capteur de mesure de distance sans contact 43 fixé sur le carter du moteur. Ce capteur mesure la distance qui le sépare du point le plus haut atteint par la face latérale de la collerette 21 solidaire de l'excentrique 18. Ladite face latérale est de forme hélicoïde de sorte et le capteur de mesure de distance sans contact est incliné vers l'axe du vilebrequin de sorte que la distance la plus faible mesurée par ledit capteur est une fonction continue de l'orientation angulaire de l'excentrique 18 par rapport au vilebrequin. Cette distance est corrélée avec le taux de compression par la cinématique mécanique du dispositif. Cette distance est donc une image fiable du taux de compression. Cette distance est Smax pour le taux de compression minimum et Srnin pour le taux de compression maximum. Avantageusement le capteur de mesure de distance sans contact est un capteur à courant de Foucault. Ce type de capteur présente l'avantage d'avoir un temps de réponse très court et une grande précision, compatibles avec le besoin de réactivité et de précision du dispositif pour les moteurs les plus modernes.

Selon un complément au mode préféré de réalisation selon l'invention, présenté sur les figures 8 et 9, les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique 18 sont doublés et placés de part et d'autre de l'excentrique.

L'excentrique 18 est d'une part solidaire d'une collerette 21c placée à gauche et contrôlée en position notamment par les vérins 36c, 36d intégrés dans le flan 33a du vilebrequin 28, d'autre part solidaire d'une seconde collerette 21a située à droite de l'autre coté de la bielle et contrôlée en position notamment par les vérins 36a, 36b intégrés dans le flan 33b du vilebrequin 28. Cette construction double la capacité de tenue en couple de contrôle en position de l'excentrique.

De par ailleurs, les chambres hydrauliques 35a, 35c des vérins 36a, 36c de blocage de la rotation de l'excentrique dans le sens horaire sont en communication via les canalisation hydraulique 46a 46c et les chambres hydrauliques 35b, 35d des vérins 36b, 36d de blocage de la rotation de l'excentrique dans le sens anti-horaire sont en communication via les canalisation hydraulique 46b 46d. Cette mise en communication permet d'uniformiser les pressions hydrauliques dans chaque couple de vérins qui agissent dans le même sens afin de répartir les contraintes et ainsi maximiser la robustesse du dispositif.

La figure 11 présente une variante de réalisation de l'invention. Le palier fluide est réalisé entre le maneton 22 du vilebrequin et l'alésage 20 de l'excentrique 18. Le coefficient de frottement de cette liaison en rotation est inférieur à cinq millième. Le coefficient de frottement entre l'alésage 19 de la tête de bielle 17 et l'excentrique 18 est supérieur à trente cinq centième. Cette caractéristique physique est obtenue grâce à un revêtement de type titane nickel déposé sous vide sur le diamètre extérieur de l'excentrique 18 et dans l'alésage 19 de la tête de bielle 17. De par ailleurs, ce revêtement confère une grande durée de vie aux pièces traitée. La plage de variation S du piston 14 au point mort haut est de cinq millimètres et le diamètre du maneton 22 est de cinquante millimètres. L'angle de débattement de l'excentrique 18 est de trente degrés au dessus et de trente degrés au dessous de la droite de référence YY. Compte tenu de cette construction, l'excentrique n'est jamais tracté. Les moyens de commande de la position de l'excentrique comprennent une collerette 21 solidaire de l'excentrique 18 et des pièces intégrées dans le flan 33 du vilebrequin 28 composées d'une bascule 62 liée cinématiquement à un dispositif d'actionnement et à un patin 60 au contact du diamètre extérieur 50 de la collerette 21. Lorsque ledit dispositif d'actionnement est commandé par les moyens de commande, non représentés, la bascule 62 pivote dans le sens horaire autour de son axe 61 solidaire du flan 33 du vilebrequin 28 et plaque le patin 60 sur la collerette 21. Le patin 60 est retenu par l'articulation 68 solidaire de la bascule 62 et ne peut donc pas tourner avec l'excentrique. L'ensemble composé de la bascule 62 articulée sur l'axe 61 actionnée en rotation dans le sens horaire par le dispositif d'actionnement et du patin 60 reste lié au flan 33 du vilebrequin 28 et induit un couple d'entraînement direct entre le vilebrequin et l'excentrique.

Lorsque ce couple est supérieur au couple généré par la résultante forces qui s'exercent entre la tête de bielle 17 et l'excentrique 18, l'excentrique 18 est accéléré dans le sens de rotation du vilebrequin 28. Le vilebrequin tourne dans le sens anti-horaire. Lorsque l'excentrique est entraîné en rotation par le vilebrequin, le taux de compression augmente si l'axe X1X1 de l'excentrique 18 est placé, en référence à la figure 11, à droite de l'axe XOXO de son alésage et diminue dans le cas contraire. Ainsi pour réduire ou augmenter le taux de compression, si l'axe XI X1 de l'excentrique 18 est placé par rapport à l'axe XOXO de son alésage, du coté correspondant au sens de variation souhaité du taux de compression, le taux de compression varie dans le sens souhaité dès que le vilebrequin entraîne l'excentrique. Dans le cas contraire, il est nécessaire d'entraîner l'excentrique en rotation avec le vilebrequin jusqu'à ce que la position de l'axe XI X1 de l'excentrique 18 par rapport à l'axe XOXO de son alésage change de coté pour obtenir une variation du taux de compression dans le sens souhaité. Cette construction permet contrôler la positon en rotation de l'excentrique sur trois cent soixante degrés. En conséquence l'excentricité entre l'axe X1X1 de l'excentrique et l'axe XOXO de son alésage peut être réduite à la valeur la plus faible car la rotation de l'excentrique peut être exploitée sur trois cent soixante degrés pour ajuster le taux de compression. Cette construction est donc la plus la plus compacte de toute. L'augmentation d'encombrement global nécessaire, toute chose étant égale de par ailleurs, pour ajuster le taux de compression est réduite à une valeur très faible.

Avantageusement, le dispositif d'actionnement du patin 60, via la bascule 62 comporte deux actionneurs piézoélectriques 64a, 64b. Ces deux actionneurs 64a, 64b sont sur deux axes distincts, parallèles et à la même distance par rapport à l'axe 61. Ils agissement en sens opposé pour faire pivoter la bascule 62, via les poussoirs 63a, 63b. Ils sont plaqués avec la même base géométrique vers la bascule par des rondelles élastiques 65 qui pousse un poussoir 66 guidé afin que le différentiel de distance de la base des actionneurs piézoélectrique 64a, 64b en appui sur la poussoir 66 ne change pas. La course des rondelles élastiques 65 est plus de dix fois supérieure à la course des actionneurs. Ainsi, quelques soient les différentiels de dilatations usuels entre les actionneurs piézoélectrique 64a, 64b et les pièces environnantes, la rotation de la bascule 62 est toujours fonction du différentiel d'allongement ou de rétractation entre les deux actionneurs 64a, 64b.

De par ailleurs, les deux actionneurs sont toujours commandés simultanément et en opposition de tension afin que le différentiels de température entre les deux actionneurs piézoélectrique 64a, 64b reste faible. L'étanchéité des deux actionneurs piézoélectriques 64a, 64b est assurée par l'obturateur 67 et par des joints d'étanchéité, non représenté, montés sur les poussoirs 63a, 63b. Les actionneurs sont raccordés électriquement aux moyens de commande via des fils électriques et des joints tournants non représentés. Les actionneurs piézoélectriques présente l'avantage d'offrir des temps de réponse extrêmement rapide. Cette construction est donc compatible avec des moteurs à combustion interne dont la vitesse de rotation est élevée. De plus, les fonctions des actionneurs piézoélectriques sont réversibles. Aussi, le diamètre extérieur 50 de la collerette 21 solidaire de l'excentrique 18 à un défaut de concentricité de trois centième de millimètres par rapport à l'alésage 20 de l'excentrique 18 et un défaut de cylindricité inférieur à un centième de millimètre. La rotation relative entre l'excentrique 18 et le vilebrequin 28 génère donc des variations d'efforts sur les deux actionneurs piézoélectriques 64a, 64b que ces derniers transforment en signaux électriques. Lesdites variations d'efforts sont corrélées avec la position angulaire de l'excentrique par rapport au vilebrequin. Le moyen de commande en combinaison avec la connaissance de la position angulaire du vilebrequin, en déduit la valeur du taux de compression. Les actionneurs piézoélectriques ont donc la fonction d'actionneur pour entraîner en rotation l'excentrique avec le vilebrequin et de capteur de mesure qui permet au moyen de contrôle de connaître le taux de compression à chaque tour du moteur à combustion interne.

D'autre combinaison de construction sont possibles dans le périmètre défini par la présente invention. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toutes variantes et équivalents.

Possibilités d'application industrielle La présente invention peut s'appliquer à toute machine à piston(s) alternatif(s) et plus particulièrement aux moteurs à combustion interne dans le but de réduire les émissions polluantes ainsi que la consommation de carburant.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1) Dispositif d'ajustement du taux de compression d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre 31 avec une chambre de combustion 10, un équipage mobile comportant un piston 14 déplaçable en translation sous l'action d'une bielle 15 liée par un axe 13 audit piston 14 et raccordée à un maneton 22 d'un vilebrequin 28, ledit piston 14 effectuant une course entre un point mort haut et un point mort bas en laissant subsister un volume mort au point mort haut dudit piston 14, le dispositif comprenant entre la tête de bielle 17 et le maneton 22 du vilebrequin 28 un excentrique rotatif 18 permettant d'ajuster le taux de compression, le dispositif comprenant également des moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique, caractérisé en ce que les moyens de contrôle comprennent au moins une liaison cinématique 30 sans verrou entre une protubérance radiale solidaire de l'excentrique 18 et un mécanisme d'ajustement en position 29 par rapport au vilebrequin 28, ledit mécanisme étant intégré dans l'un des deux flans 33 du vilebrequin, ladite liaison cinématique 30 et ledit mécanisme d'ajustement en position 29 par rapport au vilebrequin 28 étant d'une part disposé en majeure partie ou en totalité en dehors du maneton 22, du palier 27 et du levier 23 reliant le maneton 22 au palier 27 du vilebrequin 28, et d'autre part intégrés dans un volume dont le point le plus éloignée de l'axe XX du vilebrequin décrit un cercle 25, au cours de la rotation du moteur, d'un diamètre du même ordre de grandeur ou inférieur au diamètre du plus grand cercle 24bi décrit par la tête de bielle ou du plus grand cercle 24vi décrit par les flans 33 du vilebrequin 28.

2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le coefficient de frottement entre de l'alésage 20 de l'excentrique 18 et le maneton 22 du vilebrequin 28 est inférieur à dix-sept centièmes ou le coefficient de frottement entre l'excentrique 18 et l'alésage 19 de la tête de bielle 17 est supérieur à vingt centièmes.

3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique 18 utilisent de l'énergie prélevée sur l'équipage mobile pour déplacer l'excentrique 18.

4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique 18 mesure une distance à l'aide d'un capteur de mesure sans contact 43, entre une position solidaire du carter du moteur et l'une des pièces qui se déplace par rapport au vilebrequin 28 pour ajuster le taux de compression.

5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le capteur de mesure sans contact 43 utilise des courants de Foucault.

6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique 18 utilise des conducteurs de champs magnétiques 49a, 49b, 49c, 49d solidaire du carter du moteur pour faire transiter un champ magnétique dans des conducteurs de champs magnétiques 47c, 47d embarqués sur l'équipage mobile.

7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique selon l'invention comprennent deux ensembles placés de part et d'autre de l'excentrique 18 et constitués chacun au moins d'une liaison cinématique 30 sans verrou liée à une protubérance radiale solidaire de l'excentrique 18 et d'un mécanisme d'ajustement en position 29 par rapport au vilebrequin 28.

8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le mécanisme d'ajustement en position 29 de l'excentrique 18 par rapport au vilebrequin 28 comporte deux actionneurs linéaires dont les axes 37a, 37b sont distincts et placés de part et d'autre du maneton 18 et du palier 27 du vilebrequin 28.

9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les moyens de contrôle du déplacement de l'excentrique 18 utilisent des actionneurs piézoélectriques 64a, 64b qui ont la fonction d'actionneur pour entraîner en rotation l'excentrique 18 et de capteur de mesure pour permettre au moyen de contrôle de connaître le taux de compression.

10) Procédé d'ajustement du taux de compression d'un moteur à combustion interne, ledit moteur comprenant au moins un cylindre 31 avec une chambre de combustion 10, un équipage mobile comportant un piston 14 mobile en translation sous l'action d'une bielle 15 liée par un axe audit piston 14 et raccordée à un maneton 22 d'un vilebrequin 28, ledit piston 14 effectuant une course entre un point mort haut et un point mort bas en laissant subsister un volume mort au point mort haut dudit piston 14, caractérisé en ce que le procédé consiste à : - déterminer le taux de compression souhaité du moteur; - déterminer la position que doit atteindre l'une des pièces qui se déplace par rapport au vilebrequin 28 selon une fonction continue du taux de compression, à un angle de rotation déterminé du vilebrequin 28, pour obtenir le taux de compression souhaité ; - contrôler la distance audit angle de rotation du vilebrequin 28 utilisé à la phase précédente, entre une position solidaire du carter du moteur et ladite pièce qui se déplace par rapport au vilebrequin 28 selon une fonction continue du taux de compression.