EP2021600A1 - Bielle pour attelage mobile d'un groupe motopropulseur et attelage mobile comportant une telle bielle - Google Patents

Bielle pour attelage mobile d'un groupe motopropulseur et attelage mobile comportant une telle bielle

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Publication number
EP2021600A1
EP2021600A1 EP07765997A EP07765997A EP2021600A1 EP 2021600 A1 EP2021600 A1 EP 2021600A1 EP 07765997 A EP07765997 A EP 07765997A EP 07765997 A EP07765997 A EP 07765997A EP 2021600 A1 EP2021600 A1 EP 2021600A1
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EP
European Patent Office
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connecting rod
rod according
core
track rod
rod
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07765997A
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German (de)
English (en)
Inventor
Guillaume Rymer
Olivier Sauvage
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02—Constructions of connecting-rods with constant length
    • F16C7/023—Constructions of connecting-rods with constant length for piston engines, pumps or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/04—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads with elastic intermediate part of fluid cushion

Definitions

  • Connecting rod for a mobile coupling of a powertrain and mobile coupling comprising such a connecting rod.
  • the invention relates to powertrains, including those fitted to motor vehicles. More specifically, the invention relates to the movable coupling constituted by all the pistons, connecting rods and crankshafts set in motion during operation of an internal combustion engine.
  • combustion noise has as its main source the violent explosions of the gases contained in the cylinders. These explosions generate impulsive forces, transmitted to the various casings of the motor base via the mobile coupling, and are particularly noticeable on the engines with self - controlled ignition, hence the "coloration" very specific to the noise of a vehicle said Diesel.
  • the invention therefore relates to a means for limiting the transmission, by the movable coupling, of the pulses generated by the combustion explosions.
  • this object is achieved according to the invention by the use of a rod articulated on the axis of a piston and on the axis of a crankpin, this connecting rod having an inner chamber in which is disposed a core that can move relative to the body of the connecting rod, the core having a housing for one of the connecting axes.
  • the inner chamber is also provided with axial stops which limit the movements of the core along the axis of the body of the connecting rod and above all are capable of damping at least part of the energy released by the impacts caused by the engine explosions. while maintaining the transmission function of the connecting rod.
  • the mobile coupling can participate in the control of engine vibration, and thus the reduction of "slam".
  • the invention is particularly applicable to diesel engines but can in fact be applied to any type of engine equipped with a movable coupling comprising a connecting rod.
  • Figure 1 a skinned showing the main components of a mobile equipment associated with an internal combustion engine
  • Figure 2 a sectional view of a connecting rod according to the principle of the invention.
  • Figure 3 a sectional view of a connecting rod according to a first embodiment of the invention
  • Figure 4 a sectional view of a connecting rod according to a second embodiment of the invention
  • Figure 5 a sectional view of a connecting rod according to a third embodiment of the invention.
  • a conventional moving assembly allows the transmission of the reciprocating rectilinear motion of the piston to the motor shaft.
  • This crew consists mainly of a rod 1.
  • the small end 2 is articulated on the axis 3 of a piston 4.
  • a connecting rod 5 is interposed between the axis 3 and the small end 2.
  • the central portion of the connecting rod typically thinned relative to the small end 2 and especially to the connecting rod head 6, is the connecting rod body, substantially oblong and admitting a longitudinal axis of symmetry also called connecting rod.
  • the connecting rod head 6 is articulated around a crank pin 7 of the crankshaft 8.
  • a crankshaft bearing 9 is interposed between the connecting rod head 6 and the crank pin 7.
  • the head is in fact made of two parts, including a reported portion 13, said head cap, attached to the rest of the connecting rod by head screws.
  • the connecting rod is well articulated on two axes of connection, in this case, the axis of the piston and the axis of the crankpin.
  • the connecting rod or more precisely all the mobile coupling, is designed as a mechanically rigid assembly, this to meet its primary function of transmitting the forces of the piston to the motor shaft, and this throughout the cycle of engine life. Under these conditions, it is clear that this set will also transmit all the vibrations considered as parasites like those generated by the explosions at each combustion cycle.
  • FIG. 2 schematically illustrates the principle of a connecting rod according to the invention.
  • This connecting rod is essentially constituted by an oblong body admitting a longitudinal axis of symmetry 21.
  • the connecting rod head 22 is provided with a housing 23 for the axis of a piston and is therefore very similar to the conventional rod head illustrated in FIG. 1.
  • the rod according to the invention comprises an inner chamber 24.
  • This chamber 24 is lined on the one hand by a core 25 - provided with a housing 26 for articulation on a crankpin, and secondly abutments 27 which limit the movement of the core
  • guide means in translation of the core are provided, consisting of grooves dug in the body of the rod in which are slid members of the core forming behind the scenes 28.
  • Figure 3 illustrates another means for ensuring the guiding in translation, consisting in providing studs 29 integral with the body of the connecting rod and associated with drums 30 formed in the core.
  • the maximum displacement amplitude of the core in the inner chamber of the connecting rod can be adjusted by adjusting the length of the drums, the studs coming to a stop in the bottom of the drums when the core has reached its maximum amplitude of translation.
  • the ends of the studs penetrating the barrels have the shape of a pointed cone, thus making it possible to create a stiffness of progressive contacting when the bolt comes into contact with the bottom of the barrel, thus contributing to a function of shock absorption.
  • the environment of the connecting rod must of course be taken into account for the realization of stops and the core.
  • these elements must be even to withstand the temperatures at which the rods are subjected, which assumes materials capable of withstanding a temperature of the order of 150 0 C, which in practice excludes elastomeric type materials without excluding all plastics.
  • the stresses on a connecting rod are considerable, the pressure in the rolls being able to reach, for example, values of the order of 180 bars.
  • a material such as aluminum may be suitable, especially for producing the core.
  • rigid plastics having a Young's modulus of about 10 GPa which advantageously have a higher elastic limit than aluminum. It is still possible, according to another embodiment of the invention, to make abutments made of aluminum-based composites or metal braids.
  • the stops may also be constituted by an assembly of springs, Belleville washers, hydroelastic wedges according to the principle of those used for example for the suspension of an engine to a motor vehicle body.
  • the stops are constituted by a series of fins s' straddling into each other, one 31 associated with the core and the other 32 to the body of the rod, as for a splice assembly.
  • the faces of the fins are interconnected by a material of the "glue” type 33 which will shear when the core moves in translation relative to the connecting rod body, thus allowing the shock absorption and vibrations due to engine explosions.
  • the "glue” is for example constituted by a material with elastic behavior, or preferably viscoelastic, such as an elastomer, a polymer or a polyamide, whose properties will be adapted to the engine temperature.
  • This embodiment also makes it possible to introduce a strong overall stiffness between the core and the connecting rod body when the mobile frame is at the end of the stroke and the viscoelastic layers have a shear. maximum. Indeed, when this case occurs, the ends of the fins associated with the core come into contact with the connecting rod body (and conversely, the fins of the connecting rod body abut on the core) and it is therefore the rigidity of the fins which characterizes the overall stiffness of the connecting rod. To make this stiffness more progressive depending on the position in abutment of the core fins may have slightly different lengths which allows better shock absorption.
  • the stops consist essentially of plates 34, integral with the core and moving inside the chamber 35, to abut on buffer elements 36.
  • the chamber is also filled with a viscous fluid which circulates around the plate 33 and through holes 36.
  • the buffer elements 36 allow to maintain a significant but progressive stiffness between the core and the body of the connecting rod, stiffness necessary for the transmission of the piston force .
  • the viscous fluid used is for example oil or other viscous fluid compatible with this environment. It can be emphasized that the size and the number of bores 36 make it possible to optimize the viscous damping capacity of the abutments, as well as the viscosity of the fluid.
  • the core is disposed around the housing provided for the crankpin.
  • the invention is not limited to this embodiment and it is also possible to have the damping means according to the invention arranged around the housing provided for the axis of a piston. Finally, it is also possible to have these means at the top and bottom of the connecting rod, even if, obviously, the realization is then more complex.

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Abstract

L'invention a pour objet une bielle pour attelage mobile d'un groupe motopropulseur et un attelage mobile comportant une telle bielle. Selon l'invention, la bielle, articulée entre un premier axe de liaison associé à un piston et un second axe de liaison associé à un maneton d'un vilebrequin, comporte une chambre intérieure garnie de butées bordant les faces de la chambre perpendiculaires à l'axe longitudinal de la bielle, dans laquelle est disposé un noyau pourvu d'un logement pour un desdits axes de liaison, et susceptible d'un déplacement relatif par rapport au corps de la bielle.

Description

Bielle pour attelage mobile d'un groupe motopropulseur et attelage mobile comportant une telle bielle.
[0001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0651929 déposée le 29/05/2006 dont le contenu (description, revendications et dessins) est incorporé ici par référence.
[0002] L'invention a trait aux groupes motopropulseurs, notamment ceux équipant des véhicules automobiles. Plus précisément, l'invention concerne l' attelage mobile, constitué par l' ensemble des pistons, bielles et vilebrequins mis en mouvement lors du fonctionnement d'un moteur à combustion interne.
[0003] La maîtrise du bruit rayonnant tant à l'intérieur qu'à l' extérieur du véhicule est une problématique dont l'importance s ' est accrue ces dernières années. Or, parmi les sources de vibration, et donc de bruit, figure notamment le bruit résultant de la combustion, perçu comme un « claquement », le plus souvent avec une connotation désagréable.
[0004] En pratique, ce bruit dit de combustion a pour source principale les violentes explosions des gaz contenus dans les cylindres. Ces explosions génèrent des forces impulsives, transmises aux différents carters de la base moteur via l' attelage mobile, et sont plus particulièrement notables sur les motorisations à allumage auto commandé, d' où la « coloration » bien spécifique du bruit d'un véhicule dit Diesel.
[0005] Pour minimiser ce bruit de claquement, les stratégies employées visent le plus souvent à réduire la violence du processus de combustion, notamment en mettant au point des stratégies d'injection appropriées, mise au point typiquement réalisée sur bancs moteurs. Pour autant, un compromis doit être établi entre l' agrément acoustique et les performances du moteur, tant du point de vue de la consommation en carburant que de celui des émissions de polluants.
[0006] II serait donc souhaitable de disposer de moyens pour maîtriser ce bruit de claquement sans pour autant devoir modifier le processus de combustion.
[0007] L'invention a de ce fait pour objet un moyen pour limiter la transmission, par l' attelage mobile, des impulsions générées par les explosions de combustion.
[0008] Ce but est atteint selon l'invention par l'utilisation d'une bielle articulée sur l' axe d'un piston et sur l' axe d'un maneton de vilebrequin, cette bielle comportant une chambre intérieure dans laquelle est disposée un noyau pouvant se déplacer relativement au corps de la bielle, ce noyau comportant un logement pour un des axes de liaison. La chambre intérieure est par ailleurs garnie de butées axiales qui limitent les mouvements du noyau selon l' axe du corps de la bielle et surtout sont susceptibles d' amortir au moins une partie de l' énergie dégagée par les impacts occasionnés par les explosions du moteur, tout en maintenant la fonction de transmission d' efforts de la bielle.
[0009] Avec une telle bielle, l' attelage mobile peut ainsi participer à la maîtrise des vibrations du moteur, et donc à la réduction du « claquement ».
[001 0] L'invention s 'applique tout particulièrement aux moteurs Diesel mais peut être en fait appliqué à tout type de moteur équipé d'un attelage mobile comportant une bielle.
[001 1 ] D ' autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent plus particulièrement de la description d'un mode de réalisation de l'invention faite ci-après en référence aux figures qui représentent :
• Figure 1 : un écorché montrant les principaux composants d'un équipage mobile associé à un moteur à combustion interne ; • Figure 2 : une vue en coupe d'une bielle selon le principe de l'invention.
• Figure 3 : une vue en coupe d'une bielle selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
• Figure 4 : une vue en coupe d'une bielle selon un second mode de réalisation de l'invention ; • Figure 5 : une vue en coupe d'une bielle selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
[0012] Un équipage mobile conventionnel, tel qu'illustré figure 1 , permet la transmission du mouvement rectiligne alternatif du piston à l' arbre moteur. Cet équipage est principalement constitué d'une bielle 1. Le pied de bielle 2 est articulé sur l'axe 3 d'un piston 4. Eventuellement, une bague de bielle 5 est interposée entre l' axe 3 et le pied de bielle 2. La partie centrale de la bielle, typiquement amincie par rapport au pied de bielle 2 et surtout à la tête de bielle 6, constitue le corps de bielle, essentiellement oblong et admettant un axe longitudinal de symétrie encore appelé axe de bielle.
[0013] La tête de bielle 6 est articulée autour d'un maneton 7 du vilebrequin 8. Un coussinet de vilebrequin 9 est intercalé entre la tête de bielle 6 et le maneton 7.
[0014] Sur cette figure 1 , on a également représenté pour mémoire quelques masses d' équilibrage 10. A l' extrémité de l' arbre 11 est disposé un volant moteur, sur cette figure simplement évoqué par la fixation 12.
[001 5] Revenant sur la bielle 1 , il peut être noté que la tête est en fait constituée de deux parties, dont une partie rapportée 13 , dite chapeau de tête, fixée au reste de la bielle par des vis de tête.
[001 6] La bielle est donc bien articulée sur deux axes de liaison, en l' occurrence, l' axe du piston et l' axe du maneton. De façon générale, la bielle, ou plus exactement tout l'attelage mobile, est conçu comme un ensemble rigide mécaniquement, ceci pour répondre à sa fonction première de transmission des efforts du piston à l' arbre moteur, et ceci tout au long du cycle de vie du moteur. Dans ces conditions, il est clair que cet ensemble va également transmettre toutes les vibrations jugées parasites comme celles générées par les explosions à chaque cycle de combustion.
[001 7] Tel n' est plus le cas avec une bielle selon l'invention qui permet de dissiper les tout premiers transferts solidiens occasionnés par les chocs dus aux explosions qui déterminent l'impulsivité du bruit de claquement, tout en maintenant une rigidité suffisante pour assurer la fonction première de l' attelage mobile, à savoir la transmission au vilebrequin des efforts créés par la combustion sur le piston.
[001 8] La figure 2 illustre de façon schématique le principe d'une bielle selon l'invention. Cette bielle est essentiellement constituée par un corps oblong admettant un axe de symétrie longitudinal 21. La tête de bielle 22 est pourvue d'un logement 23 pour l' axe d'un piston et est donc très semblable à la tête de bielle conventionnelle illustrée figure 1.
[001 9] Par contre, au niveau du pied de bielle, la bielle selon l'invention comporte une chambre intérieure 24. Cette chambre 24 est garnie d'une part par un noyau 25 - muni d'un logement 26 pour une articulation sur un maneton, et d' autre part de butées 27 qui limitent les mouvements du noyau
25 dans le sens de l' axe longitudinal 21. Dans le mode de réalisation ici représenté, des moyens de guidage en translation du noyau sont prévus, constitués par des rainure creusées dans le corps de la bielle dans lesquelles viennent coulisser des éléments du noyau formant des coulisses 28.
[0020] Sur les figures suivantes, des références identiques à celles de la figure 2 ont été utilisées pour les éléments non modifiés dont la description ne sera pas reprise par souci de clarté.
[0021 ] La figure 3 illustre un autre moyen permettant d'assurer le guidage en translation, consistant à prévoir des goujons 29, solidaires du corps de la bielle et associés à des fûts 30 ménagés dans le noyau. L' amplitude maximale de déplacement du noyau dans la chambre intérieure de la bielle peut être réglée en jouant sur la longueur des fûts, les goujons arrivant en butée dans le fond des fûts lorsque le noyau a atteint son amplitude maximale de translation. Avantageusement, les extrémités des goujons pénétrant dans les fûts ont la forme d'un cône pointu, permettant ainsi de créer une raideur de mise en contact progressive lorsque le gouj on vient en contact avec le fond du fût, contribuant ainsi à une fonction d' amortissement des chocs.
[0022] L' environnement de la bielle doit bien sûr être pris en compte pour la réalisation des butées et du noyau. Tout d' abord, ces éléments doivent être à même de supporter les températures auxquelles les bielles sont soumises, ce qui suppose des matériaux capables de résister à une température de l' ordre de 1500C, ce qui en pratique exclut les matériaux de type élastomère sans pour autant exclure toutes les matières plastiques. Par ailleurs, il faut souligner que les contraintes subies par une bielle sont considérables, la pression dans les cylindres pouvant atteindre, par exemple, des valeurs de l' ordre de 180 bars.
[0023] Un matériau comme l 'aluminium peut convenir, notamment pour la réalisation du noyau. Pour la réalisation des butées, il est possible d'utiliser des matières plastiques dites rigides, ayant un module d'Young d' environ 10 GPa qui présentent avantageusement une limite élastique plus élevée que l' aluminium. Il est encore possible, selon un autre mode de réalisation de l'invention, de réaliser des butées en composites à base d' aluminium ou en tresses métalliques.
[0024] Les butées peuvent encore être constituées par un assemblage de ressorts, de rondelles de Belleville, de cales hydroélastiques selon le principe de celles utilisées par exemple pour la suspension d'un moteur à une caisse de véhicule automobile.
[0025] Dans un mode de réalisation illustré figure 4, les butées sont constituées par une série d' ailettes s' enfourchant les unes dans les autres, les unes 31 associées au noyau et les autres 32 au corps de la bielle, comme pour un assemblage à enture. Les faces des ailettes sont liées entre elles par un matériau de type « colle » 33 qui va se cisailler lorsque le noyau bouge en translation par rapport au corps de bielle, permettant ainsi l' amortissement du choc et des vibrations dues aux explosions du moteur. La « colle » est par exemple constituée par un matériau à comportement élastique, ou de préférence viscoélastique, comme un élastomère, un polymère ou un polyamide, dont les propriétés seront adaptées à la température moteur.
[0026] Ce mode de réalisation permet également d'introduire une raideur globale forte entre le noyau et le corps de bielle lorsque le cadre mobile est en fin de course et que les couches viscoélastiques ont un cisaillement maximum. En effet, lorsque ce cas se produit, les extrémités des ailettes associées au noyau entrent en contact le corps de bielle (et réciproquement, les ailettes du corps de bielle viennent en butée sur le noyau) et c' est donc la rigidité des ailettes qui caractérise la raideur globale de la bielle. Pour rendre cette raideur plus progressive en fonction de la position en butée du noyau les ailettes peuvent avoir des longueurs légèrement différentes ce qui permet un meilleur amortissement des chocs.
[0027] Un autre mode de réalisation est illustré figure 5 , dans lequel les butées sont essentiellement constituées par des amortisseurs à friction.
[0028] Dans ce cas, les butées sont essentiellement constituées par des plaques 34, solidaires du noyau et se déplaçant à l'intérieur de la chambre 35 , pour venir en butée sur des éléments tampon 36. La chambre est par ailleurs remplie d'un fluide visqueux qui circule autour de la plaque 33 et au travers de perçages 36. Les éléments tampons 36 permettent de maintenir une raideur importante mais progressive entre le noyau et le corps de la bielle, raideur nécessaire à la transmission de l' effort du piston.
[0029] Le fluide visqueux utilisé est par exemple de l'huile ou tout autre fluide visqueux compatible avec cet environnement. Il peut être souligné que la taille et le nombre des perçages 36 permettent d' optimiser la capacité d'amortissement visqueux des butées, de même que la viscosité du fluide.
[0030] Dans toute la description faite ci-dessus, le noyau est disposé autour du logement prévu pour le maneton. Pour autant, l'invention n' est pas limitée à ce mode de réalisation et il est aussi possible d' avoir les moyens amortisseurs selon l'invention disposés autour du logement prévu pour l' axe d'un piston. Enfin, il est aussi possible de disposer ces moyens en tête et en pied de bielle, même si à l' évidence, la réalisation est alors plus complexe.

Claims

REVENDICATIONS
1. Bielle pour attelage mobile d'un groupe motopropulseur, ladite bielle étant articulée entre un premier axe de liaison associé à un piston et un second axe de liaison associé à un maneton d'un vilebrequin, et comportant une chambre intérieure garnie de butées bordant les faces de la chambre perpendiculaires à l' axe longitudinal de la bielle, dans laquelle est disposé un noyau pourvu d'un logement pour un desdits axes de liaison, et susceptible d'un déplacement relatif par rapport au corps de la bielle.
2. Bielle selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le noyau est disposé au niveau de la tête de bielle, le logement étant pour l' articulation sur un maneton du vilebrequin.
3. Bielle mobile selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le noyau est disposé au niveau du pied de bielle, le logement étant pour l' articulation d'un axe de piston.
4. Bielle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par des moyens de guidage en translation du noyau.
5. Bielle selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage sont constitués par un système de rainures creusées dans le corps de la bielle.
6. Bielle selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage sont constitués par des goujons.
7. Bielle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les butées sont constituées par des ressorts.
8. Bielle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les butées sont constituées par amortisseurs à friction.
9. Bielle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les butées sont constituées par amortisseurs à amortissement fluide.
10. Bielle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les butées comportent par des cales hydroélastiques.
11. Bielle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les butées comportent des moyens viscoélastiques.
12. Attelage mobile d'un moteur à combustion d'un véhicule automobile comportant au moins une bielle selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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Inventor name: RYMER, GUILLAUME