EP1238189A1 - Procede et dispositif pour modifier le taux de compression afin d'optimiser le fonctionnement des moteurs a pistons alternatifs - Google Patents

Procede et dispositif pour modifier le taux de compression afin d'optimiser le fonctionnement des moteurs a pistons alternatifs

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EP1238189A1
EP1238189A1 EP00985347A EP00985347A EP1238189A1 EP 1238189 A1 EP1238189 A1 EP 1238189A1 EP 00985347 A EP00985347 A EP 00985347A EP 00985347 A EP00985347 A EP 00985347A EP 1238189 A1 EP1238189 A1 EP 1238189A1
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crankshaft
axis
eccentric
pivot
articulated
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Michel Marchisseau
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Marchisseau Michel
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    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke
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    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
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    • F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/04—Varying compression ratio by alteration of volume of compression space without changing piston stroke

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device, reactive and consuming very little energy, for continuously optimizing the compression ratio, in particular of reciprocating piston engines.
  • This invention is especially relevant for improving the energy efficiency of engines which are not used continuously at their maximum load or which use multiple fuels of different octane numbers.
  • This invention is compatible with a very low level of pollution and is suitable in particular for reciprocating piston engines whose cylinders are arranged either flat, or in N, or in line.
  • compression ratio designates the geometric compression ratio of an internal combustion engine with reciprocating pistons.
  • Continuous optimization of the compression ratio is relevant for reducing fuel consumption and contributing to the greenhouse effect for areas of use where engines are not fully loaded and for engines that use multiple fuels d 'different octane numbers.
  • Continuous optimization of the compression ratio is relevant for keeping an engine in compression ignition mode of a premix of oxidizer and fuel.
  • Such a mode of operation described in particular in WO 99 42718 A, allows to achieve a very low emission level of nitrogen oxides.
  • the optimization of the compression ratio is compatible with the usual systems for reducing nitrogen oxide emissions such as exhaust gas recycling systems (EGR) or catalysts for nitrogen oxides.
  • EGR exhaust gas recycling systems
  • Patent WO 95 29329 A discloses a device comprising two eccentrics at the head of each connecting rod. The angular setting of these two eccentrics is a function of the engine load and allows the distance between each piston and the corresponding cylinder head to be modified.
  • One category of solutions consists in modifying the length of the connecting rod, for example by adding a joint which modifies the straightness of the connecting rod.
  • Patents EP 0 520 637 A and DE 195 02 820 A can be classified in this category of solutions.
  • the additional parts which transmit the forces between the pistons and the crankshaft crank pins must be designed and dimensioned accordingly to ensure the required reliability.
  • the method according to the invention is therefore compatible with devices for which the operation induces a variation in the distance between the point of articulation and the axis of the corresponding crankpin of the crankshaft.
  • the method according to the invention is also compatible with devices which do not allow the distance between the articulation point and the axis of the corresponding crankpin of the crankshaft to be varied.
  • the method according to the invention also applies to internal combustion thermal engines also comprising an electronic device for calculating optimal values for controlling the operation of these engines, sensors for measuring the values of physical quantities which characterize the operation of these motors, devices for adjusting commands for the operation of these motors to the values calculated by the calculation device mentioned above.
  • the process described above is supplemented, on the one hand by the calculation in the second phase: of the quantities of air and fuel admitted for combustion as well as of the trigger angle combustion, as a function of the values of physical quantities which characterize the operation of the motors measured in the first phase, in particular the compression ratio, on the other hand by the control in the third phase of the devices for obtaining the quantity of intake air, quantity of fuel admitted, combustion initiation angle, in order to make the values of these three controlled parameters converge towards the values calculated in the second phase as a function in particular of the compression ratio.
  • the device according to the invention integrated into an internal combustion engine with reciprocating pistons driven by a main crankshaft comprising an eccentric placed between the foot of each connecting rod and the corresponding crankpin of the main crankshaft is characterized in that each eccentric placed between the foot of each connecting rod and the corresponding crankpin of the main crankshaft is oriented using a rod whose direction is articulated on a pivot.
  • the axis of the sliding part of the rod is in a plane perpendicular to the axis of the main crankshaft
  • the displacements of the pivot, of the slide or articulated arms are made in planes perpendicular to the axis of the main crankshaft
  • the axis of the pivot is parallel to the axis of the main crankshaft.
  • Each pivot which articulates the direction of a rod secured to an eccentric forms a crankpin of this orientation crankshaft and each articulated arm of the corresponding pendulum forms a lever connecting this crankpin to the corresponding journal of this orientation crankshaft.
  • the crankshaft is guided and oriented by a guidance system.
  • This guidance system comprises a frame articulated on an axis fixed relative to the casing and controlled in position.
  • the fixed parts of the bearings of the orientation crankshaft are integral with this articulated frame.
  • the guidance system and the orientation crankshaft are constructed to comply, during operation, with geometrical characteristics included within tolerances compatible with the possibilities of realization as well as with the proper functioning of the device and of the engine.
  • the axis of articulation of the chassis coincides with the axis of the main crankshaft; - Each pivot and the axis of the orientation crankshaft are parallel to the axis of the main crankshaft; the displacements of each pivot are carried out along planes perpendicular to the axis of the main crankshaft; the length of the lever of each crankpin of the orientation crankshaft is equal to the length of the lever of the corresponding crankshaft belonging to the main crankshaft; - The orientation crankshaft is linked in rotation to the main crankshaft so that the crankpin levers of these two crankshafts are always parallel.
  • the engine includes an electronic computer.
  • the position of the slide or the articulated arms, for each eccentric placed between a connecting rod end and the corresponding crankpin of the main crankshaft, is calculated by the electronic computer, taking into account in particular the possibilities defined by the mechanical construction of the engine.
  • the fourth list of characteristics described in this paragraph can complete the device according to the invention or its construction variant, alone or associated with any one of the three other lists of complementary characteristics mentioned above.
  • an actuator uses a part of the exhaust gas fenthalpy to help modify the compression ratio.
  • the device according to the invention in any of the versions described above, incorporates the characteristic described in the preceding paragraph.
  • a hydraulic actuator makes it possible to actuate the device for modifying the compression ratio.
  • a gas cylinder acts on a booster cylinder in order to provide hydraulic pressure to modify the compression ratio of the engine. This design offers a greater choice for placing the gas actuator.
  • the eccentrics placed between the connecting rod ends and the crank pins of the main crankshaft are secured to one or more fingers and this or these fingers are all oriented towards a half-space defined by a plane secured to the eccentric, this plane containing the axis of the crank pin.
  • two eccentrics are joined, with an angular offset, so that the axes of their internal diameter are coincident.
  • FIG. 1 is a diagram which illustrates the characteristics of the method according to the invention.
  • FIG. 7 represents two schematic cross-sectional views of an engine with cylinders arranged in line, the compression ratio modification mechanism of which comprises a rod which slides relative to the eccentric and which is integral with a part guided by the pivot;
  • FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view of an engine with cylinders arranged in a V, the compression ratio modification mechanism comprises a rod secured to the eccentric which slides relative to a balance; 9 shows a schematic view in cross section of an opposed engine having a modification mechanism of the compression ratio includes a rod integral with the eccentric which slides relative to a slider;
  • the orientation crankshaft is guided and oriented by a guide system which comprises a chassis (60) articulated around an axis coincident with the axis of the main crankshaft (4).
  • the bearings of the orientation crankshaft are fixed to the chassis (60).
  • the guidance system and the orientation crankshaft are constructed to respect, during operation, geometric characteristics included within tolerances compatible with the possibilities of realization as well as with the proper functioning of the device and of the motor. These geometric characteristics are as follows: the displacements of each pivot (29a), (29b), (29c) are produced in the plane (9) perpendicular to the axis (1) of the main crankshaft (4), each pivot (29a ), (29b).
  • FIG. 9 The mechanism for changing the compression ratio shown in FIG. 9 is driven by a hydraulic cylinder (93).
  • This hydraulic cylinder is supplied by the pipes (55) and (56). It is linked to the slide (28) via the rod (92).
  • Figures 4 and 5 show another way to realize the invention.
  • Each of the two chambers (107a), (107b) of the booster cylinder (106) is connected to a hydraulic pipe (55) or (56) supplying the hydraulic cylinder (93) or the variable timing device (54) , via two parallel branches, one of which is fitted with a valve (108c), (108b) and the other with a valve (108a), (108d) and a non-return valve ( 109a), (109b).
  • This non-return valve (109a), (109b) stops the flow of hydraulic liquid in the corresponding branch to the overpressure cylinder (106).
  • the outlet pipes (105a), (105b) of the gas cylinder (103) are connected to the motor suction (20). This variant is not shown in the figures.
  • the eccentrics (8), (8a), (8b) are formed by two half shells (121) and (122). This construction shown in Figures 11 to 14 facilitates assembly.

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Abstract

L'invention concerne la modification du taux de compression en utilisant des pièces de technologie similaire aux pièces traditionnelles des moteurs. Les turbines (26) et (81) montées pour agir en sens inverse entraînent une vis (32) et déplacent le pivot (29) qui articule la tige (35) solidaire d'un excentrique (8a) placé entre le pied de la bielle (6a) et le maneton (5) du vilebrequin. L'invention est particulièrement destinée à l'accroissement du rendement énergétique et la réduction des rejets polluants des moteurs.

Description

Procédé et dispositif pour modifier le taux de compression afin d'optimiser le fonctionnement des moteurs à pistons alternatifs.
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé et un dispositif, réactif et consommant très peu d'énergie, pour optimiser continûment le taux de compression notamment des moteurs à pistons alternatifs. Cette invention est spécialement pertinente pour améliorer le rendement énergétique des moteurs qui ne sont pas utilisés en permanence à leur charge maximale ou qui utilisent des carburants multiples d'indices d'octane différents. Cette invention est compatible avec un très faible niveau de pollution et s'adapte notamment aux moteurs à pistons alternatifs dont les cylindres sont disposés soit à plat, soit en N, soit en ligne. Dans le présent document, la désignation notée « taux de compression » désigne le taux géométrique de compression d'un moteur à combustion interne à pistons alternatifs.
Technique antérieure
L'optimisation continue du taux de compression est pertinente pour réduire la consommation de carburant et la contribution à l'effet de serre pour les domaines d'utilisation où les moteurs ne sont pas à pleine charge et pour les moteurs qui utilisent des carburants multiples d'indice d'octane différents.
La combustion dans les moteurs à allumage commandé utilisés à très faibles charges est plus complète lorsque le taux de compression est optimisé pendant le fonctionnement. Les émissions de mono oxyde de carbone, des hydrocarbures et des particules sont donc plus faibles.
L'optimisation continue du taux de compression est pertinente pour maintenir un moteur en mode de fonctionnement à allumage par compression d'un pré-mélange de comburant et de carburant. Un tel mode de fonctionnement, décrit notamment dans le brevet WO 99 42718 A, permet d'atteindre un très bas niveau d'émission d'oxydes d'azote. De par ailleurs, l'optimisation du taux de compression est compatible avec les systèmes usuels de réduction des émissions des oxydes d'azote tels que les systèmes de recyclage des gaz d'échappement (EGR) ou les catalyseurs pour oxydes d'azote.
Diverses solutions pour modifier le taux de compression de moteurs à pistons alternatifs font partie de la technique antérieure. Une synthèse est exposée ci-dessous.
Une solution connue pour faire varier le taux de compression consiste à placer une pièce mobile dans la culasse. Le brevet WO 99 13206 A en décrit un exemple. Le coulissement de cette pièce doit être assuré en présence des gaz en cours de combustion. Les interstices doivent être réduits au minimum pour limiter les imbrûlés. La pièce mobile prend place avec les soupapes dans la culasse et participe à la forme de la chambre de combustion. Le brevet US A 2 770 224 mentionne un moteur, dont le bloc divisé en deux parties articulées permet de faire varier la distance entre chaque piston et la culasse correspondante. Le brevet WO 93 23664 A dévoile une solution pour asservir ce type de dispositif. L'effort de séparation des deux parties du bloc moteur est utilisé pour diminuer le taux de compression et pour emmagasiner de l'énergie. L'énergie emmagasinée est utilisée ensuite pour accroître le taux de compression lorsque la charge du moteur décroît. L'hystérésis de fonctionnement est limitée par de l'énergie fournie par un actionneur. La structure du bloc-moteur est conçue et dimensionnée pour assurer la tenue mécanique de la liaison entre les deux parties articulées du bloc moteur ainsi que pour minimiser les vibrations.
Le brevet WO 95 29329 A expose un dispositif comprenant deux excentriques à la tête de chaque bielle. Le calage angulaire de ces deux excentriques est fonction de la charge des moteurs et permet de modifier la distance entre chaque piston et la culasse correspondante.
Une catégorie de solutions consiste à modifier la longueur de la bielle, par exemple en ajoutant une articulation qui modifie la rectitude de la bielle. Les brevets EP 0 520 637 A et DE 195 02 820 A peuvent être classés dans cette catégorie de solutions. Les pièces supplémentaires qui transmettent les efforts entre les pistons et les manetons du vilebrequin doivent être conçues et dimensionnées en conséquence pour assurer la fiabilité requise.
Une autre catégorie de solutions, plus particulièrement adaptée aux moteurs en ligne, comporte des excentriques montés sur les paliers de vilebrequin afin de modifier la distance entre l'axe du vilebrequin et la culasse. Les brevets FR 2 669 676 A, US- A-l 872 856, US-A-4 738 230, DE-A-3 601 528 exposent des dispositifs qui peuvent être classés dans cette catégorie. La rigidité des paliers de vilebrequin doit être compatible avec la longévité requise. Le brevet DE 297 19 343 U dévoile un dispositif pour assurer l'alignement du vilebrequin avec la transmission. Un pignon monté en bout de vilebrequin engrène une roue à denture intérieure montée sur le volant moteur. Les dents de ces engrenages doivent résister aux modes de vibrations rotatives du vilebrequin, assurer la longévité et le silence requis de fonctionnement.
Le brevet WO 91 10051 A mentionne un excentrique, placé entre le pied de chaque bielle et le maneton correspondant du vilebrequin, dont le calage angulaire est obtenu grâce à des engrenages. Ces engrenages doivent être conçus et réalisés pour assurer la longévité ainsi que le silence de fonctionnement requis. Les brevets JP 7527/90, JP 7528/90, JP 125166/90 et EP 0 438 121 Al ont trait à un excentrique, monté soit en tête soit en pied de chaque bielle, dont la position angulaire est actionnée par hydraulique et stabilisée par un doigt amovible. Ce doigt doit être conçu et dimensionné pour assurer la fiabilité et la longévité requises. Ce dispositif permet un réglage discret du taux de compression. Exposé de l'invention
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif d'optimisation continue du taux de compression, dans des plages déterminées par construction, notamment pour les moteurs à cylindres soit en ligne, soit en V, soit à plat. L'invention présente l'avantage en ce qui concerne les technologies nécessaires, d'être compatible avec les technologies actuelles utilisées industriellement pour les culasses, les blocs moteurs, les vilebrequins et leurs liaisons avec les transmissions. Elle présente également l'avantage en ce qui concerne sa mise en œuvre, de permettre l'utilisation de technologies similaires aux technologies déjà maîtrisées et fiabilisées sur les moteurs à pistons alternatifs. Les modes particuliers de réalisation selon l'invention présente d'autres avantages cités dans la suite de cette description.
La présente invention s'applique aux moteurs à combustion interne à pistons alternatifs animés par un vilebrequin. Chacun des ces moteurs comporte une ou une pluralité de chambres de combustion et un carter. Le carter est défini pour la présente description et les revendications comme la pièce (ou l'assemblage rigide de pièces) qui assure(nt) la liaison entre la ou les chambres de combustion et les parties fixes des paliers du vilebrequin. L'axe de rotation des tourillons du vilebrequin est appelé l'axe du vilebrequin. Ces moteurs comportent également une
(ou plusieurs) culasse(s) qui est (sont), soit distincte(s), soit monobloc avec le carter. Chaque piston est lié à un maneton du vilebrequin notamment par un axe de piston, une bielle et un excentrique. Cet excentrique est placé entre le pied de la bielle et le maneton du vilebrequin correspondant à une même chambre de combustion.. La modification du calage angulaire de l'un de ces excentriques par rapport au carter provoque une variation du taux de compression de la chambre de combustion correspondante. Pour la description et les revendications de la présente invention, un piston est au point mort haut pour chaque révolution complète du vilebrequin, lorsque la distance est minimale entre ce piston et la culasse correspondante.
Le procédé selon l'invention consiste à modifier le taux de compression de chaque chambre de combustion en réalisant les fonctions décrites ci-après, avec des écarts possibles compris dans des tolérances compatibles avec le bon fonctionnement et les possibilités de réalisation : - déplacer un point dans un plan orthogonal à l'axe du vilebrequin ; maintenir un axe géométrique dans un plan orthogonal à l'axe du vilebrequin et articuler cet axe géométrique autour du point d'intersection de la projection du point cité à l'alinéa précédent avec le plan de rotation de cet axe géométrique ; - choisir un autre axe géométrique contenu dans un plan également orthogonal à l'axe du vilebrequin et maintenir le parallélisme et une distance fixe entre les deux axes géométriques précités, de sorte que leur direction lorsque le piston est au point mort haut, et la direction du déplacement du point cité au premier alinéa soient distinctes ; maintenir une position relative figée entre l'axe géométrique objet du choix cité à l'alinéa précédent, et l'excentrique placé entre le pied de bielle et le maneton du vilebrequin. Le vocabulaire défini ci-après sera utilisé dans la suite de cette description pour désigner les points, les plans et les axes géométriques du procédé selon l'invention décrit au paragraphe précédent : le point qui est déplacé dans un plan orthogonal à l'axe du vilebrequin sera appelé le point mobile ; - le plan orthogonal au vilebrequin dans lequel se déplace le point mobile sera appelé le plan du point mobile ; le premier axe géométrique défini dans le procédé selon l'invention sera appelé l'axe articulé ; le plan orthogonal à l'axe du vilebrequin qui contient la projection du point mobile qui articule l'axe articulé et dans lequel l'axe articulé est maintenu, sera appelé le plan de projection ; la projection du point mobile sur le plan de projection sera appelé le point d'articulation ; le second axe géométrique défini dans le procédé selon l'invention sera appelé l'axe fixé à l'excentrique ; le plan orthogonal à l'axe du vilebrequin contenant l'axe fixé à l'excentrique sera appelé le plan de levier. Pour les moteurs qui comportent plusieurs chambres de combustion, le procédé selon l'invention est appliqué à chaque chambre de combustion dont la modification du taux de compression est recherchée.
Le procédé selon l'invention sera mieux compris à la lecture des sept paragraphes écrits ci-après. Ces sept paragraphes concernent le procédé selon l'invention, pour la modification du taux de compression d'une seule chambre de combustion du moteur. Les réalisations selon l'invention visent les caractéristiques géométriques exactes citées dans le procédé. Cependant, toute réalisation est fabriquée avec des écarts par rapport aux valeurs exactes visées. Ces écarts possibles par rapport aux caractéristiques géométriques exactes sont compris dans des tolérances compatibles avec les possibilités de réalisations selon le procédé et permettent un bon fonctionnement du moteur.
Le plan du point mobile, le plan de projection et le plan de levier sont définis par rapport à l'axe du vilebrequin. Or le vilebrequin et son axe n'ont pas de possibilité de translation axiale par rapport au carter. Le plan du point mobile, le plan de projection et le plan de levier ont donc toujours les mêmes positions relatives par rapport au carter. Les déplacements de l'axe articulé, de l'axe fixé à l'excentrique, du point mobile et du point d'articulation sont des déplacements relatifs par rapport au carter. L'axe articulé et l'axe fixé à l'excentrique sont maintenus parallèles et équidistants l'un par rapport à l'autre. Chacun de ces deux axes est contenu dans un plan orthogonal à l'axe du vilebrequin. Aucun de ces deux axes ne change de plan au cours du procédé selon l'invention. Ces caractéristiques ont notamment les conséquences, obtenues dans la pratique avec des écarts possibles compatibles avec le bon fonctionnement et les possibilités de réalisation, énumérées ci-après : l'axe articulé et l'axe fixé à l'excentrique ont la même direction ; tout déplacement de l'axe articulé n'est possible que dans le plan de projection ; tout déplacement de l'axe fixé à l'excentrique n'est possible que dans le plan de levier; toute translation de l'axe articulé avec une composante perpendiculaire à lui-même entraîne l'axe fixé à l'excentrique selon cette composante ; toute translation de l'axe fixé à l'excentrique avec une composante perpendiculaire à lui-même, provoque une translation de l'axe articulé selon cette composante ;
- toute rotation de l'axe articulé autour du point d'articulation provoque une rotation de même angle de l'axe fixé à l'excentrique autour de la projection orthogonale du point d'articulation sur le plan de levier ; toute rotation de l'axe fixé à l'excentrique autour de l'axe du maneton correspondant du vilebrequin provoque une rotation identique de l'axe articulé ; les translations relatives entre l'axe articulé et l'axe fixé à l'excentrique parallèlement à eux-mêmes ne sont ni interdite ni prescrite par le procédé selon l'invention , deux cas sont donc possibles, soit la réalisation permet les translations citées dans cet alinéa, soit la réalisation ne les permet pas. Le procédé selon l'invention est donc compatible avec des dispositifs pour lesquels le fonctionnement induit une variation de la distance entre le point d'articulation et l'axe du maneton correspondant du vilebrequin. Le procédé selon l'invention est également compatible avec des dispositifs qui ne permettent pas de variation de la distance entre le point d'articulation et l'axe du maneton correspondant du vilebrequin.
Le calage angulaire de l'excentrique sur son maneton est dépendant du calage angulaire de l'axe fixé à l'excentrique et de l'axe articulé par rapport au carter. A deux positions distinctes du point mobile dans le plan du point mobile, la direction entre ces deux positions distinctes du point mobile n'étant pas parallèle à la direction de l'axe articulé et de l'axe fixé à l'excentrique lorsque le piston est au point mort haut, correspond deux calages angulaires différents de l'axe articulé, de l'axe fixé à l'excentrique et de l'excentrique, par rapport au carter. A ces deux calages angulaires correspond deux taux de compression différents sauf pour les cas particuliers où ces deux calages angulaires correspondent à la même distance entre l'axe du vilebrequin et l'axe du pied de bielle. Ce paragraphe énumère plusieurs applications particulières du procédé selon l'invention données à titre d'exemples non- limitatifs. Pour la première, le point mobile et le point d'articulation sont dans un même plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin. Pour la seconde, le point mobile est confondu avec le point d'articulation. Pour ces deux applications particulières, le plan du point mobile est confondu avec le plan de projection. Pour la troisième, l'axe articulé et l'axe fixé à l'excentrique sont dans un même plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin. Pour la quatrième, l'axe articulé et l'axe fixé à l'excentrique sont confondus. Pour ces deux dernières applications particulières, le plan de projection et le plan de levier sont confondus. Toutes les combinaisons possibles entre les applications particulières précitées constituent des applications du procédé selon l'invention.
Selon une autre caractéristique, le point mobile est entraîné en translation par un point dont le déplacement a des composantes parallèles et perpendiculaire au plan du point mobile.
Selon une autre caractéristique, le procédé selon l'invention s'applique également aux moteurs thermiques à combustion interne comportant également un dispositif électronique de calcul de valeurs optimales de commande du fonctionnement de ces moteurs, des capteurs pour mesurer les valeurs de grandeurs physiques qui caractérisent le fonctionnement de ces moteurs, des dispositifs pour régler des commandes du fonctionnement de ces moteurs aux valeurs calculées par le dispositif de calcul cité ci-dessus. Ce procédé comporte trois phases réalisées pendant le fonctionnement des moteurs, la première phase consiste à mesurer les valeurs de grandeurs physiques qui caractérisent le fonctionnement de ces moteurs, ces grandeurs physiques comprenant le taux de compression, la seconde phase consiste à calculer, en fonction des grandeurs physiques mesurées à la première phase, les valeurs optimales de paramètres commandés du moteur pour maximiser le rendement énergétique et minimiser les rejets polluants, ces paramètres commandés comprenant le taux de compression, la troisième phase consiste, pour chaque cylindre, à réaliser les fonctions décrites ci-après : déplacer un point dans un plan orthogonal à l'axe du vilebrequin ; maintenir un axe géométrique dans un plan orthogonal à l'axe du vilebrequin et articuler cet axe géométrique autour du point d'intersection de la projection du point cité à l'alinéa précédent avec le plan de rotation de cet axe géométrique ; choisir un autre axe géométrique contenu dans un plan également orthogonal à l'axe du vilebrequin et maintenir le parallélisme et une distance fixe entre les deux axes géométriques précités, de sorte que leur direction lorsque le piston est au point mort haut, et la direction du déplacement du point cité au premier alinéa de cette troisième phase, soient distinctes ; maintenir une position relative figée entre l'axe géométrique objet du choix cité à l'alinéa précédent, et l'excentrique placé entre le pied de bielle et le maneton du vilebrequin ; - contrôler le déplacement du point cité au premier alinéa de cette troisième phase afin de faire converger le taux de compression vers la valeur optimale calculée à la seconde phase.
Pour l'autre caractéristique du procédé décrit au paragraphe précédent, le taux de compression est mesuré à travers la mesure d'une grandeur physique qui permet de calculer ce taux de compression, par exemple : la mesure du déplacement du point d'articulation. Les autres grandeurs physiques mesurées selon ce procédé font parties des grandeurs physiques prises en compte usuellement pour le pilotage des moteurs à combustion interne à pistons alternatifs. Les paramètres commandés du moteur pour maximiser le rendement énergétique et minimiser les rejets polluants, autres que le taux de compression, font parties des paramètres commandés utilisés usuellement pour le pilotage des moteurs à combustion interne à pistons alternatifs.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé décrit ci-dessus est complété, d'une part par le calcul dans la deuxième phase : des quantités d'air et de carburant admises pour la combustion ainsi que de l'angle de déclenchement de la combustion, en fonction des valeurs de grandeurs physiques qui caractérisent le fonctionnement des moteurs mesurées dans la première phase, notamment le taux de compression, d'autre part par la commande dans la troisième phase des dispositifs d'obtention de la quantité d'air admis, de la quantité de carburant admis, de l'angle de déclenchement de la combustion, afin de faire converger les valeurs de ces trois paramètres commandés vers les valeurs calculées dans la seconde phase en fonction notamment du taux de compression.
Le dosage de la quantité d'air admis pour les faibles charges présente plusieurs avantages. La température en fin de combustion peut être plus faible et donc favoriser la longévité mécanique, le rendement énergétique et la lutte contre les émissions des oxydes d'azote. C'est également un paramètre pertinent pour maintenir un moteur en mode de fonctionnement à allumage par compression d'un pré-mélange de comburant et de carburant. Notons que le dosage d'air admis obtenu par l'ajustement du calage des soupapes d'admission est pertinent pour limiter les pertes de charge à l'admission.
Le dispositif selon l'invention, intégré à un moteur à combustion interne à pistons alternatifs animés par un vilebrequin principal comportant un excentrique placé entre le pied de chaque bielle et le maneton correspondant du vilebrequin principal est caractérisé en ce que chaque excentrique placé entre le pied de chaque bielle et le maneton correspondant du vilebrequin principal est orienté à l'aide d'une tige dont la direction est articulée sur un pivot.
Selon une première liste de caractéristiques complémentaires du dispositif selon l'invention, pour chaque excentrique placé entre un pied de bielle et le maneton correspondant du vilebrequin principal, la tige est solidaire de l'excentrique et une partie de cette tige coulisse dans une pièce articulée sur l'axe du pivot. Ce pivot est fixé ou articulé, soit sur un coulisseau, soit sur les bras articulés d'un balancier. Le coulisseau ou le balancier est guidé par un système de guidage et asservi en position. L'ensemble est construit pour respecter, pendant le fonctionnement, des caractéristiques géométriques comprises dans des tolérances compatibles avec les possibilités de réalisation ainsi qu'avec le bon fonctionnement du dispositif et du moteur. Ces caractéristiques géométriques sont les suivantes : l'axe de la partie coulissante de la tige est dans un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin principal, les déplacements du pivot, du coulisseau ou des bras articulés sont réalisés dans des plans perpendiculaires à l'axe du vilebrequin principal, l'axe du pivot est parallèle à l'axe du vilebrequin principal.
Selon une seconde liste de caractéristiques complémentaires du dispositif selon l'invention, pour chaque excentrique placé entre un pied de bielle et le maneton correspondant du vilebrequin principal, une partie de la tige coulisse dans une pièce solidaire de l'excentrique. Cette tige coulissante est également solidaire avec une pièce articulée sur l'axe du pivot. Ce pivot est fixé ou articulé, soit sur un coulisseau, soit sur les bras articulés d'un balancier. Le coulisseau ou le balancier est guidé par un système de guidage et asservi en position. L'ensemble est construit pour respecter, pendant le fonctionnement, des caractéristiques géométriques comprises dans des tolérances compatibles avec les possibilités de réalisation ainsi qu'avec le bon fonctionnement du dispositif et du moteur. Ces caractéristiques géométriques sont les suivantes : l'axe de la partie coulissante de la tige est dans un plan perpendiculaire à l'axe du vilebrequin principal, les déplacements du pivot, du coulisseau ou des bras articulés sont réalisés dans des plans perpendiculaires à l'axe du vilebrequin principal, l'axe du pivot est parallèle à l'axe du vilebrequin principal.
Selon une troisième liste de caractéristiques complémentaires du dispositif selon l'invention, pour chaque excentrique placé entre un pied de bielle et le maneton correspondant du vilebrequin principal, la tige est solidaire de l'excentrique et d'une pièce articulée par l'axe du pivot. Le pivot est fixé sur les bras articulés d'un balancier. L'ensemble formé par tous les pivots et tous bras articulés des balanciers qui permettent d'orienter les tiges solidaires des excentriques placés entre les pieds de bielle et les manetons correspondants du vilebrequin principal sont agencés pour former un vilebrequin d'orientation.
Chaque pivot qui articule la direction d'une tige solidaire d'un excentrique forme un maneton de ce vilebrequin d'orientation et chaque bras articulé de balancier correspondant forme un levier reliant ce maneton au tourillon correspondant de ce vilebrequin d'orientation.. Le vilebrequin d'orientation est guidé et orienté par un système de guidage. Ce système de guidage comporte un châssis articulé sur un axe fixe par rapport au carter et asservi en position. Les parties fixes des paliers du vilebrequin d'orientation sont solidaires de ce châssis articulé. Le système de guidage et le vilebrequin d'orientation sont construits pour respecter, pendant le fonctionnement, des caractéristiques géométriques comprises dans des tolérances compatibles avec les possibilités de réalisation ainsi qu'avec le bon fonctionnement du dispositif et du moteur. Ces caractéristiques géométriques sont les suivantes : l'axe d'articulation du châssis est confondu avec l'axe du vilebrequin principal ; - chaque pivot et l'axe du vilebrequin d'orientation sont parallèles à l'axe du vilebrequin principal ; les déplacements de chaque pivot sont réalisé selon des plans perpendiculaires à l'axe du vilebrequin principal ; la longueur de levier de chaque maneton du vilebrequin d'orientation est égale à la longueur de levier du maneton correspondant appartenant au vilebrequin principal ; - le vilebrequin d'orientation est lié en rotation au vilebrequin principal de sorte que les leviers de maneton de ces deux vilebrequins soient toujours parallèles. Selon une variante de la construction du dispositif selon l'invention, chaque excentrique placé entre un pied de bielle et le maneton correspondant du vilebrequin principal est orienté à l'aide d'une tige dont la direction est articulée sur une rotule. Les autres caractéristiques précitées sont inchangées. Le dispositif selon l'invention ou sa variante de construction décrite au paragraphe précédent, associé à l'une quelconque des trois listes de caractéristiques complémentaires précitées est conforme à toutes les prescriptions du procédé selon l'invention. En effet, le système de guidage, le pivot ou la rotule, le coulisseau ou le balancier, définis précédemment, sont conformes aux caractéristiques décrites dans le précédé selon l'invention pour le point mobile, le point d'articulation, le plan du point mobile et le plan de projection. Le pivot ou la rotule forme un point d'articulation, ses déplacements et les déplacements du coulisseau ou de chaque bras articulé de balancier forment des plans perpendiculaires à l'axe du vilebrequin principal ; ces plans correspondent à la définition du plan de projection et du plan du point mobile. Plusieurs points du coulisseau et du balancier correspondent à la définition du point mobile. La projection de la direction de la tige sur le plan de projection correspond à la définition de l'axe articulé. Le déplacement d'un point quelconque de l'excentrique au cours de la rotation du vilebrequin principal définit un plan qui correspond à la définition du plan de levier. La projection de la direction de la tige sur le plan de levier correspond à la définition de l'axe fixé à l'excentrique.
Selon une quatrième liste de caractéristiques complémentaires de l'invention, le moteur comporte un calculateur électronique. La position du coulisseau ou des bras articulés, pour chaque excentrique placé entre un pied de bielle et le maneton correspondant du vilebrequin principal, est calculée par le calculateur électronique, compte tenu notamment des possibilités définies par la construction mécanique du moteur. La quatrième liste de caractéristiques décrites dans ce paragraphe peut compléter le dispositif selon l'invention ou sa variante de construction, seul ou associé à l'une quelconques des trois autres listes de caractéristiques complémentaires précitées.
Selon une autre caractéristique, un actionneur utilise une partie de Fenthalpie des gaz d'échappement pour contribuer à modifier le taux de compression. Selon une autre caractéristique, le dispositif selon l'invention, dans l'une quelconque des versions décrites ci-dessus, intègre la caractéristique décrite au paragraphe précédent.
L'utilisation d'une partie de fenthalpie des gaz d'échappement présente l'avantage de pouvoir réduire la déperdition d'énergie par le pot d'échappement, pour actionner le dispositif de modification du taux de compression afin d'améliorer le rendement énergétique.
Selon une autre caractéristique, au moins une turbine alimentée par des gaz d'échappement est utilisée pour modifier le taux de compression du moteur. Selon une autre caractéristique, le dispositif selon l'invention, dans l'une quelconque des versions décrites ci-dessus, intègre la caractéristique décrite au paragraphe précédent.
Selon une autre caractéristique un actionneur hydraulique permet d'actionner le dispositif de modification du taux de compression.
Selon une autre caractéristique un vérin à gaz agit sur un vérin sur-presseur afin de fournir une pression hydraulique pour modifier le taux de compression du moteur. Cette conception offre un plus grand choix pour placer l'actionneur à gaz.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les excentriques placés entre les pieds de bielles et les manetons du vilebrequin principal sont solidaires d'un ou plusieurs doigts et ce ou ces doigts sont tous orientés vers un demi-espace défini par un plan solidaire de l'excentrique, ce plan contenant l'axe du maneton.
Cette conception permet de minimiser la masse et l'encombrement.
Selon une autre caractéristique 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 de modifier le taux de compression de deux cylindres attelés sur le même maneton de vilebrequin principal.
Description sommaire des dessins
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 réfère aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est un schéma qui illustre les caractéristiques du procédé selon l'invention.
- La figure 2 représente deux vues schématiques en coupes transversales d'un moteur à cylindres disposés en ligne dont le mécanisme de modification du taux de compression comporte une tige solidaire de l'excentrique qui coulisse par rapport à un coulisseau ; La figure 3 représente deux vues schématiques en coupes transversales d'un moteur à cylindres disposés en ligne dont le mécanisme de modification du taux de compression comporte une tige solidaire de l'excentrique qui coulisse par rapport à un balancier ;
- La figure 4 représente deux vues schématiques en coupes transversales d'un moteur à cylindres disposés en ligne dont le mécanisme de modification du taux de compression comporte une tige solidaire de l'excentrique qui coulisse par rapport à un vilebrequin d'orientation ;
- Le figure 5 représente un dispositif qui permet de modifier le calage du vilebrequin d'orientation représenté à la figue 3
La figure 6 représente deux vues schématiques en coupes transversales d'un moteur à cylindres disposés en ligne dont le mécanisme de modification du taux de compression comporte une tige solidaire de l'excentrique et d'une pièce guidée sur le maneton d'un vilebrequin d'orientation ;
La figure 7 représente deux vues schématiques en coupes transversales d'un moteur à cylindres disposés en ligne dont le mécanisme de modification du taux de compression comporte une tige qui coulisse par rapport à l'excentrique et qui est solidaire d'une pièce guidée par le pivot ;
- La figure 8 représente une vue schématique en coupe transversale d'un moteur à cylindres disposés en V dont le mécanisme de modification du taux de compression comporte une tige solidaire de l'excentrique qui coulisse par rapport à un balancier ; La figure 9 représente une vue schématique en coupe transversale d'un moteur à cylindres opposés dont le mécanisme de modification du taux de compression comporte une tige solidaire de l'excentrique qui coulisse par rapport à un coulisseau ;
- La figure 11 à 14 représentent plusieurs variantes de construction de deux excentriques accolés comportant un ou plusieurs doigts situés dans un demi-plan passant par son axe.
Manières de réaliser l'invention
La figure 1 représente le pied d'une bielle (6) dans lequel se situe un excentrique (8) monté sur un maneton (5) du vilebrequin principal (4) d'un moteur à pistons alternatif. Les bras de levier (3) du vilebrequin principal (4) relie le maneton (5) au tourillon (2). Les autres éléments de la figure 1 sont construits en suivant les prescriptions du procédé selon l'invention. Les plans (7), (9) et (10) sont positionnés perpendiculairement à l'axe (1) du vilebrequin principal (4) ; ils n'ont pas de possibilité de translation par rapport à l'axe (1) du vilebrequin principal (4) ; ils représentent respectivement le plan de levier (7), le plan d'articulation (9) et le plan de déplacement du point mobile (10). Le point (12) est placé dans le plan du point mobile (10) ; ce point représente le point mobile (12). La projection du point mobile (12) selon une direction (13) sur le plan d'articulation (9) définit le point (14) ; ce point représente le point d'articulation (14). L'axe géométrique (15) est contenu dans le plan d'articulation (9) à une distance fixe du point d'articulation (14) représentée par le trait (11) ; l'axe géométrique (15) est articulé autour du point d'articulation (14) ; cet axe géométrique (15) représente l'axe articulé (15). L'axe géométrique (16) est contenu dans le plan de levier (7) ; il est parallèle à l'axe articulé (15) et fixé à l'excentrique (16). L'axe géométrique (16) représente l'axe fixé à l'excentrique (16) ; sa distance avec l'axe articulé (15) doit rester constante au cours du fonctionnement. Les caractéristiques géométriques décrites dans ce paragraphe sont maintenues pendant le fonctionnement selon le procédé avec des écarts compris dans des tolérances compatibles avec le bon fonctionnement selon le procédé et les possibilités de réalisation.
Au cours du fonctionnement, lorsque le point mobile (12) est déplacé dans une direction distincte de la direction de l'axe articulé (15), son déplacement se réalise dans le plan du point mobile (10) et entraîne le point d'articulation (14) dans le plan d'articulation (9). Ce déplacement du point d'articulation (14) déplace l'axe articulé (15) selon une composante radiale à lui-même ; l'axe articulé (15) reste parallèle et à distance constante de l'axe fixé à l'excentrique (8). L'axe articulé (15) et l'axe fixé à l'excentrique (16) pivotent donc autour du point d'articulation (14) et autour du maneton (5) du vilebrequin principal (4). En conséquence, le déplacement du point mobile (12) selon une direction distincte de la direction de l'axe articulé (15) provoque une modification du calage angulaire de l'excentrique (8).
A deux positions distinctes du point mobile (12), la direction entre ces deux positions n'étant pas parallèle à la direction de l'axe articulé (15) et de l'axe fixé à l'excentrique (16), correspond deux taux de compression différents de la chambre de combustion correspondante, sauf pour le cas particulier où ces deux positions ne modifient pas la distance entre l'axe (1) du vilebrequin principal (4) et l'axe du pied de bielle (6).
Le moteur (20) dans lequel interviennent le procédé et le dispositif comporte au moins une culasse (21), (21a), (21b), une chambre de combustion, un vilebrequin principal (4), un carter (24) qui solidarise la ou les chambres de combustion à la partie fixe des paliers (51) du vilebrequin principal (4). Le dispositif selon l'invention permet de modifier le taux de compression de chaque chambre de combustion qui comporte un piston (22), (22a), une chemise (23), (23a), (23b), une bielle (6), (6a), (6b), un excentrique (8), (8a), (8b) fixé entre le maneton (5) du vilebrequin principal (4) et le pied de la bille (6), (6a), (6b).
La manière préférée pour réaliser l'invention est représentée sur les figures 8 et 14. Le dispositif de modification du taux de compression permet d'orienter chaque excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied d'une bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4) du moteur (20) à l'aide d'une tige (35) dont la direction est articulée sur un pivot (29). La tige (35) est solidaire de l'excentrique (8), (8a), (8b), d'une joue (50) et d'un doigt (90) ; ce doigt (90) est orienté vers un demi-espace défini par un plan (110) solidaire de l'excentrique (8), (8a), (8b), ce plan contenant l'axe du maneton (5) du vilebrequin principal (4). La tige (35) coulisse dans la pièce articulée (30) fixée au pivot (29). Le pivot (29), représenté par un cercle en trait pointillé sur la figure 8, est articulé dans les bras articulés d'un balancier (39). Le système de guidage du balancier (39) comporte l'axe de pivotement (38) représenté par un cercle en trait pointillé sur la figure 8. Le balancier (39) pivote pendant le fonctionnement autour de cet axe de pivotement (38). La position de l'axe de pivotement (38) permet un fonctionnement sans interférence avec l'équipage mobile du moteur (20). L'ensemble est construit pour respecter pendant le fonctionnement des caractéristiques géométriques comprises dans des tolérances compatibles avec les possibilités de réalisation ainsi qu'avec le bon fonctionnement du dispositif et du moteur. Ces caractéristiques géométriques sont les suivantes : l'axe de la partie coulissante de la tige (35) est dans un plan de levier (7) perpendiculaire à l'axe (1) du vilebrequin principal (4), les déplacements du pivot (29) et des bras articulés du balancier (39) sont réalisés dans des plans de projection (9) et des plans de déplacement du point mobile (10) perpendiculaires à l'axe (1) du vilebrequin principal (4), l'axe du pivot (29) est parallèle à l'axe (1) du vilebrequin principal (4). Les bras articulés du balancier (39) sont asservis en position grâce au dispositif décrit ci-après. Un engrenage est fixé sur l'un des bras articulés du balancier (39). Les autres bras du balancier (39) sont solidarisés en rotation à cet engrenage par les traverses (31). L'engrenage précité engrène la vis (32). La vis (32) est guidée en rotation dans le carter (24) et accouplée en rotation à deux turbines (26) et (81) par l'intermédiaire de deux réducteurs de vitesse (27) et (80). Les sens de montage des deux turbines (26) et (81) sont réalisés de sorte que l'une des deux turbines (26) fournit à la vis (32) un couple de rotation de sens inverse au couple de rotation fourni par l'autre turbine (81). Ces deux turbines (26) et (81) sont alimentées par les gaz d'échappement du moteur (20) grâce à des canalisations et des vannes asservies, non-représentées. Ces vannes sont pilotées par un calculateur du moteur (20) afin de faire converger le taux de compression du moteur (20) vers les valeurs calculées par ce calculateur. La figure 8 présente la manière préférée pour réaliser l'invention appliquée à un moteur dont les cylindres sont disposés en V. Cette manière préférée pour réaliser l'invention s'applique également aux moteurs dont les cylindres sont disposés soit en ligne, soit en opposition, soit en plusieurs V. La figure 3 présente, pour un moteur en ligne, un dispositif d'orientation de l'excentrique (8) comportant une tige solidaire de l'excentrique (8) articulée sur le pivot (29), ce pivot (29) étant articulé sur les bras de levier d'un balancier (39). L'équipage mobile est équilibré par les masses d'équilibrage (25). Une autre manière de guider chaque pivot (29) en conformité avec le procédé, consiste soit à articuler chaque pivot (29) dans un coulisseau (28), soit à fixer chaque pivot (29) dans un coulisseau (28). Le système de guidage de chaque coulisseau (28) comporte par exemple un guide rectiligne (33) dont la direction de guidage est contenue dans des plans de projection (9) et des plans du point mobile (10) perpendiculaires à l'axe (1) du vilebrequin principal (4). Cette autre manière pour réaliser le guidage du pivot (29) est illustrée sur les figures 2 et 9. La figure 9 concerne un moteur à cylindres opposés. La tige (35) est solidaire de l'excentrique
(8a) et articulée sur la rotule (91). La rotule (91) est guidée dans le coulisseau (28).
Une manière de limiter le nombre d'actionneur d'un moteur (20) équipé de plusieurs cylindres (23) et d'un dispositif de modification du taux de compression avec plusieurs coulisseaux (28), consiste à lier les coulisseaux (28) entre eux par des traverses (31). Deux coulisseaux (28) sont entraînés chacun par une vis (32). Les deux vis (32) sont liées par une chaîne cinématique afin d'obtenir des déplacements identiques pour tous les coulisseaux (28). Une autre manière d'orienter l'excentrique (8), (8a), (8b) avec la tige (35) consiste à faire coulisser la tige (35) dans l'alésage d'une pièce d'orientation angulaire (70) solidaire de l'excentrique (8), (8a), (8b) et de fixer la tige (35) à une pièce articulée (61) qui pivote sur l'axe du pivot (29) au cours du fonctionnement. La figure 7 illustre cette construction. Une autre manière pour réaliser l'invention est représentée sur la figure 6.
Pour chaque excentrique (8), (8a), (8b) placé entre un pied de bielle (6) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4), la tige (35) est solidaire de l'excentrique (8) et d'une pièce articulée (61) guidée en rotation sur l'axe du pivot (29a), (29b), (29c). Les pivots (29a), (29b), (29c) constituent des manetons d'un vilebrequin d'orientation. Ce vilebrequin d'orientation est formé des pivots (29a), (29b), (29c), les leviers (41) reliant les pivots (29a), (29b), (29c) aux tourillons (42) correspondant de ce vilebrequin d'orientation. Le vilebrequin d'orientation est guidé et orienté par un système de guidage qui comporte un châssis (60) articulé autour d'un axe confondu avec l'axe du vilebrequin principal (4). Les paliers du vilebrequin d'orientation sont fixés sur le châssis (60). Le système de guidage et le vilebrequin d'orientation sont construits pour respecter, pendant le fonctionnement, des caractéristiques géométriques comprises dans des tolérances compatibles avec les possibilités de réalisation ainsi qu'avec le bon fonctionnement du dispositif et du moteur. Ces caractéristiques géométriques sont les suivantes : les déplacements de chaque pivot (29a), (29b), (29c) sont réalisés dans le plan (9) perpendiculaires à l'axe (1) du vilebrequin principal (4), chaque pivot (29a), (29b). (29c) et l'axe (1) du vilebrequin d'orientation sont parallèles à l'axe (1) du vilebrequin principal (4), l'axe d'articulation du châssis est confondu avec l'axe (1) du vilebrequin principal (4), la longueur des leviers (41) de chaque maneton du vilebrequin d'orientation qui constitue les pivots (29a), (29b), (29c) est égale à la longueur des leviers (3) du maneton (5) correspondant appartenant au vilebrequin principal (4), le vilebrequin d'orientation est lié en rotation au vilebrequin principal (4) de sorte que les leviers (41) et (3) des manetons de ces deux vilebrequins correspondant à une même chambre de combustion soient toujours parallèles, cette caractéristique est obtenue grâce au fait que le vilebrequin principal (4) et le vilebrequin d'orientation possèdent chacun trois les leviers (41) et (3) décalés de cent vingt degrés. Les trois pivots (29a), (29b), (29c) sont représentés partiellement sur la figure 6.
Pour toutes les manières de guider le pivot (29), (29a), (29b), (29c) décrites ci-dessus, soit le coulisseau (28), soit les bras articulés du balancier (39), soit le châssis (60) peuvent être entraînés par une vis (32) accouplée à une seule turbine (26) par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse (27) et d'un frein (34) piloté par le calculateur du moteur. Le pas de la vis (32) est tel que l'entraînement mécanique est réversible. Le sens de montage de la turbine (26) permet de d'accroître le taux de compression. Les poussées des bielles sur les excentriques motorisent la diminution du taux de compression. Le frein (34) permet de contrôler le sens de modification du taux de compression ou de stopper cette modification. La construction décrite dans ce paragraphe est illustrée sur les figures 2, 3, 6 et 7.
Le mécanisme de modification du taux de compression représenté sur la figure 9 est entraîné par un vérin hydraulique (93). Ce vérin hydraulique est alimenté par les canalisations (55) et (56). Il est lié au coulisseau (28) par l'intermédiaire de la tige (92). Les figures 4 et 5 représentent une autre manière pour réaliser l'invention.
Pour chaque excentrique (8), (8a), (8b) placé entre un pied de bielle (6) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4), la tige (35) est solidaire de l'excentrique (8) et coulisse dans la pièce articulée (30) guidée sur le pivot (29). Les pivots (29) constituent des manetons d'un vilebrequin d'orientation. Ce vilebrequin d'orientation est formé des pivots (29), des leviers (41) reliant les pivots (29) aux tourillons (42) correspondant de ce vilebrequin d'orientation. Ce vilebrequin d'orientation est guidé dans des paliers (43) dont les parties fixes sont solidaires du carter (24). Ce vilebrequin d'orientation est lié en rotation au vilebrequin principal (4) avec une courroie crantée, non-représentée, et deux poulies (53) et (57) de même diamètre et possédant le même nombre de dents. Le calage angulaire du vilebrequin d'orientation par rapport au vilebrequin principal (4) est modifiable pendant le fonctionnement grâce au dispositif de calage variable (54). Le dispositif de calage variable (54) est actionné par hydraulique ; il est alimenté en fluide hydraulique par les canalisations (55) et (56).
Le vérin hydraulique (93) ou le dispositif de calage variable (54) peuvent être alimentés par une pompe hydraulique, non-représentée sur les figures.
Une autre manière pour alimenter en liquide sous pression le vérin hydraulique (93) ou le dispositif de calage variable (54) est représenté sur la figure 10. Un vérin à gaz (103) actionne un vérin sur-presseur (106). Les canalisations d'entrée (100a), (100b) des chambres (102a), (102b) du vérin à gaz (103) sont contrôlées par des vannes (101a), (101b) et alimentées en gaz d'échappement. Les canalisations de sortie (105a). (105b) sont contrôlée par des vannes (104a), (104b) et reliées à l'air libre. Chacune des deux chambres (107a), (107b) du vérin sur- presseur (106) est reliée à une canalisation hydraulique (55) ou (56) d'alimentation du vérin hydraulique (93) ou du dispositif de calage variable (54), par l'intermédiaire de deux branches parallèles dont l'une est équipée d'une vanne (108c), (108b) et l'autre d'une vanne (108a), (108d) et d'un clapet anti-retour (109a), (109b). Ce clapet anti-retour (109a), (109b) stoppe le flux de liquide hydraulique dans la branche correspondante vers le vérin sur-presseur (106). Ainsi, si l'une des deux vannes (108c) ou (108b) qui n'est pas en série avec un clapet antiretour (109a), (109b) est fermée, alors que les trois autres vannes hydrauliques sont ouvertes, le seul déplacement possible du piston du sur-presseur est le déplacement qui diminue le volume de la chambre (107a), (107b) reliée à la vanne fermée (108c) ou (108b). Ce montage permet donc à la fois de contrôler aisément le sens de modification du taux de compression et d'utiliser les gaz d'échappement.
Selon une autre caractéristique, les deux chambres (107a), (107b) du sur- presseur (106) sont également reliée à une réserve hydraulique par l'intermédiaire de deux clapets anti-retour (109c), (109d). Le sens de montage de ces deux clapets anti-retour (109c), (109d) permet uniquement le passage du liquide depuis la réserve hydraulique vers le sur-presseur (106). Ce montage permet de remplir le sur-presseur en cas de fuite, dans la limite de la capacité de la réserve d'huile.
Selon une variante de la construction de l'ensemble constitué du vérin à gaz (103) et du vérin sur-presseur (106), les canalisations de sortie (105a), (105b) du vérin à gaz (103) sont reliées à l'aspiration du moteur (20). Cette variante n'est pas représentée sur les figures.
Les excentriques (8), (8a), (8b) sont formés de deux demi coquilles (121) et (122). Cette construction représentée sur les figures 11 à 14 facilite le montage.
Les figures 11 à 12 présentent la liaison rigide entre la tige (35) et l'excentrique (8), (8a), (8b). Cette liaison rigide entre la tige (35) et l'excentrique (8), (8a), (8b) comporte une plaque (52), un ou plusieurs doigts (90) et une ou plusieurs joues (50). La plaque (52) forme l'interface entre la tige (35) et le ou les doigts (90). Le ou les doigts (90) sont prolongés par les joues (50). Lorsque ces pièces sont assemblées sur le moteur (20), le ou les doigts (90) sont en dehors de l'encombrement du chapeau de bielle et relie la plaque (52), alors que la ou les joues (50) sont intégrées partiellement ou totalement dans l'épaisseur du pied de la bielle 6 ou du chapeau de la bielle 6 et relie les excentriques (8), (8a), (8b).
Selon la manière préférée de fixation de la tige (35) à l'excentrique (8), (8a), (8b), le ou les doigts (90) solidaire des joues (50) sont tous orientés vers un demi- espace défini par un plan (110) solidaire de l'excentrique (8), (8a), (8b), ce plan contenant l'axe (120) du diamètre intérieur de l'excentrique (8), (8a), (8b). Ce demi-espace est symbolisé sur la figure 11 par le rectangle (111). L'axe (120) du diamètre intérieur de l'excentrique (8), (8a), (8b) est confondu avec l'axe du maneton (5) du vilebrequin principal (4) lorsque ces pièces sont assemblées sur le moteur (20)
Les figures 12 à 14 représente plusieurs manières de construire la liaison entre deux excentriques (8a), (8b) accolés et la tige (35). Sur la figure (12), les joues (50) séparent les deux excentriques (8a), (8b). Sur les figures 13 et 14, deux joues (50) sont fixées de façon indémontable sur la demi coquille (122) la plus proche de la tige (35). Les deux joues (50) sont placées de part et d'autre de l'ensemble formé des deux excentriques (8a), (8b) accolés. La demi coquille (121) est fixée à la demi coquille (122) par des vis de fixation (130).
Possibilités d'application industrielle
Cette invention peut s'appliquer aux moteurs et aux compresseurs à pistons alternatifs animés par un vilebrequin, dont les chambres de combustion ou les chambres de compression sont disposées soit en ligne, soit en opposition, soit en N, soit selon une pluralité de V.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé s'appliquant aux moteurs thermiques à combustion interne comportant une ou plusieurs chambres de combustion constituées individuellement notamment par : une culasse (21), (21a), (21b) propre ou commune à plusieurs chambres de combustion, une chemise (23), (23a), (23b), un piston (22), (22a) à mouvements alternatifs, une bielle (6), (6a), (6b), un vilebrequin (4), un excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied de bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin (4), caractérisé en ce que ce procédé consiste à modifier le taux de compression de chaque chambre de combustion en réalisant les fonctions décrites ci-après, avec des écarts possibles compris dans des tolérances compatibles avec le bon fonctionnement et les possibilités de réalisation :
- déplacer un point (12) dans un plan (10) orthogonal à l'axe (1) du vilebrequin (4) ;
- maintenir un axe géométrique (15) dans un plan (9) orthogonal à l'axe (1) du vilebrequin (4) et articuler cet axe géométrique (15) autour du point d'intersection (14) de la projection du point (12) cité à l'alinéa précédent avec le plan (9) de rotation de cet axe géométrique(15) ; choisir un autre axe géométrique (16) contenu dans un plan (7) également orthogonal à l'axe (1) du vilebrequin (4) et maintenir le parallélisme et une distance fixe entre les deux axes géométriques (15) et (16) précités, de sorte que leur direction lorsque le piston (22), (22a) est au point mort haut, et la direction du déplacement du point (12) cité au premier alinéa soient distinctes ;
- maintenir une position relative figée entre l'axe géométrique (16) objet du choix cité à l'alinéa précédent, et l'excentrique (8) placé entre le pied de bielle (6) et le maneton (5) du vilebrequin (4).
2) Dispositif intégré à un moteur (20) à combustion interne à pistons (22), (22a) alternatifs animés par un vilebrequin principal (4) comportant un excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied de chaque bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4) est caractérisé en ce que chaque excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied de chaque bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4) est orienté à l'aide d'une tige (35) dont la direction est articulée sur un pivot (29), (29a), (29b), (29c).
3) Dispositif intégré à un moteur (20) à combustion interne à pistons (22), (22a) alternatifs animés par un vilebrequin principal (4) comportant un excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied de chaque bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4) caractérisé en ce que d'une part chaque excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied de chaque bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4) est orienté à l'aide d'une tige (35) dont la direction est articulée sur un pivot (29), (29a), (29b), (29c), d'autre part la tige (35) est solidaire de l'excentrique (8), (8a), (8b) et une partie de cette tige (35) coulisse dans une pièce articulée (30) sur l'axe du pivot (29), (29a), (29b), (29c), ce pivot (29), (29a), (29b), (29c) est fixé ou articulé, soit sur un coulisseau (28), soit sur les bras articulés d'un balancier (39), ce coulisseau (28) ou ces bras articulés du balancier (39) sont guidés par un système de guidage et asservi en position, l'ensemble est construit pour respecter, pendant le fonctionnement, des caractéristiques géométriques comprises dans des tolérances compatibles avec les possibilités de réalisation ainsi qu'avec le bon fonctionnement du dispositif et du moteur (20), ces caractéristiques géométriques étant telles que l'axe de la partie coulissante de la tige (35) est dans un plan (7) perpendiculaire à l'axe (1) du vilebrequin principal (4), les déplacements du pivot (29), (29a). (29b), (29c), du coulisseau (28) ou des bras articulés sont réalisés dans des plans (9) et (10) perpendiculaires à l'axe (1) du vilebrequin principal (4), l'axe du pivot (29), (29a), (29b), (29c) est parallèle à l'axe (1) du vilebrequin principal (4).
4) Dispositif intégré à un moteur (20) à combustion interne à pistons (22), (22a) alternatifs animés par un vilebrequin principal (4) comportant un excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied de chaque bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4) caractérisé en ce que d'une part chaque excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied de chaque bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4) est orienté à l'aide d'une tige (35) dont la direction est articulée sur un pivot (29), (29a), (29b), (29c), d'autre part une partie de la tige (35) coulisse dans une pièce d'orientation angulaire (70) solidaire de l'excentrique (8), (8a), (8b), cette tige (35) coulissante est également solidaire avec une pièce articulée (61) sur l'axe du pivot (29), (29a), (29b), (29c), ce pivot (29), (29a), (29b), (29c) est fixé ou articulé, soit sur un coulisseau (28), soit sur les bras articulés d'un balancier (39), ce coulisseau (28) ou ce balancier (39) est guidé par un système de guidage et asservis en position, l'ensemble est construit pour respecter, pendant le fonctionnement, des caractéristiques géométriques comprises dans des tolérances compatibles avec les possibilités de réalisation ainsi qu'avec le bon fonctionnement du dispositif et du moteur, ces caractéristiques géométriques sont telles que l'axe de la partie couhssante de la tige (35) est dans un plan (7) perpendiculaire à l'axe (1) du vilebrequin principal (4), les déplacements du pivot (29), (29a), (29b), (29c), du coulisseau (28) ou des bras articulés sont réalisés dans des plans (9) et (10) perpendiculaires à l'axe (1) du vilebrequin principal (4), l'axe du pivot (29), (29a), (29b), (29c) est parallèle à l'axe (1) du vilebrequin principal (4).
5) Dispositif intégré à un moteur (20) à combustion interne à pistons (22), (22a) alternatifs animés par un vilebrequin principal (4) comportant un excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied de chaque bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4) caractérisé en ce que d'une part chaque excentrique (8), (8a), (8b) placé entre le pied de chaque bielle (6), (6a), (6b) et le maneton (5) correspondant du vilebrequin principal (4) est orienté à l'aide d'une tige (35) dont la direction est articulée sur un pivot (29), (29a), (29b), (29c), d'autre part la tige (35) est solidaire de l'excentrique (8), (8a), (8b) et d'une pièce articulée (61) par l'axe du pivot (29), (29a), (29b), (29c), le pivot (29), (29a), (29b), (29c) est fixé sur les bras articulés d'un balancier (39), ces bras articulés sont guidés et asservis en position, l'ensemble formé par tous les pivots (29), (29a), (29b), (29c) et tous bras articulés des balanciers (39) qui permettent d'orienter les tiges (35) solidaires des excentriques (8), (8a), (8b) placés entre les pieds de bielle (6), (6a), (6b) et les manetons (5) correspondants du vilebrequin principal (4) sont agencés pour former un vilebrequin d'orientation, chaque pivot (29), (29a), (29b), (29c) qui articule la direction d'une tige (35) solidaire d'un excentrique (8), (8a), (8b) forme un maneton de ce vilebrequin d'orientation et chaque bras articulé de balancier correspondant forme un levier (41) reliant ce maneton au tourillon (42) correspondant de ce vilebrequin d'orientation, le vilebrequin d'orientation est guidé et orienté par un système de guidage, ce système de guidage comporte un châssis (60) articulé sur un axe fixe par rapport au carter (24), les parties fixes des paliers (43) du vilebrequin d'orientation sont solidaires de ce châssis (60), le système de guidage et le vilebrequin d'orientation sont construits pour respecter, pendant le fonctionnement, des caractéristiques géométriques comprises dans des tolérances compatibles avec les possibilités de réalisation ainsi qu'avec le bon fonctionnement du dispositif et du moteur (20), ces caractéristiques géométriques sont les suivantes : - l'axe d'articulation du châssis (60) est confondu avec l'axe (1) du vilebrequin principal (4) ;
- chaque pivot (29), (29a), (29b), (29c) et l'axe du vilebrequin d'orientation sont parallèles à l'axe (1) du vilebrequin principal (4) ;
- les déplacements de chaque pivot (29), (29a), (29b), (29c) sont perpendiculaires à l'axe (1) du vilebrequin principal (4) ; la longueur de levier (41) de chaque maneton (40) du vilebrequin d'orientation est égale à la longueur de levier (3) du maneton (5) correspondant appartenant au vilebrequin principal (4) ; le vilebrequin d'orientation est lié en rotation au vilebrequin principal (4) de sorte que les leviers (3) et 41) de maneton (5) et (40) de ces deux vilebrequins soient toujours parallèles.
6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que ce dispositif comporte un actionneur (26),(81), (103) qui utilise une partie de l'enthalpie des gaz d'échappement pour contribuer à modifier le taux de compression du moteur (20).
7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce qu'au moins une turbine (26) alimentée par des gaz d'échappement permet d'actionner le mécanisme de modification du taux de compression
8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que un vérin à gaz (103) agit sur un vérin sur-presseur (106) afin de fournir une pression hydraulique pour agir sur le dispositif de modification du taux de compression. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 dont les excentriques (8), (8a), (8b) placés entre les pieds de bielles (6) et les manetons (5) du vilebrequin principal (4) sont solidaires d'un ou plusieurs doigts (90) caractérisé en ce que le ou les doigts (90) solidaires de chaque excentrique (8), (8a), (8b) placé entre un pied de bielle (6) et un maneton (5) de vilebrequin principal (4), sont tous orientés vers un demi-espace défini par un plan (110) solidaire de l'excentrique (8), (8a), (8b), ce plan (110) contenant l'axe du maneton (5).
10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que deux excentriques (8), (8a), (8b) sont solidarisés, avec un décalage angulaire, de sorte que les axes (120) de leur diamètre intérieur soient confondus.
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