FR2905729A1 - Four cylinder internal combustion engine for e.g. tourist vehicle, has cylinder including rollers guiding in translation with rod, and exerting reaction parallel to and in direction opposite to component of cam`s reaction, in same time - Google Patents
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Abstract
Description
1 Moteur à combustion interne pour véhicule automobile. La présente1 Internal combustion engine for a motor vehicle. The current
invention concerne un moteur à combustion interne, du type comprenant un carter dans lequel est disposé un arbre moteur portant une came, au moins un cylindre ménagé dans le carter et, pour chaque cy- lindre, un piston coulissant dans le cylindre et une bielle reliée au piston, la bielle comprenant un galet monté rotatif sur la bielle, le galet étant en contact avec une surface d'appui de la came, la bielle entraînant la came en rotation lors du temps d'explosion du cycle du moteur. On connaît déjà de nombreux moteurs de ce type. Les cylindres sont disposés en étoile, les axes de ces cylindres étant situés dans un plan perpendiculaire à l'arbre moteur. La transmission du mouvement alternatif des pistons s'effectue par des galets montés rotatifs sur la bielle et roulant dans la rainure d'une came formant vilebrequin, portée par l'arbre moteur. Lors de l'explosion, le piston exerce un effort important sur la came. The invention relates to an internal combustion engine, of the type comprising a housing in which is disposed a drive shaft carrying a cam, at least one cylinder formed in the housing and, for each cylinder, a piston sliding in the cylinder and a connected connecting rod. the piston, the rod comprising a roller rotatably mounted on the connecting rod, the roller being in contact with a bearing surface of the cam, the connecting rod driving the cam in rotation during the explosion time of the engine cycle. Many engines of this type are already known. The cylinders are arranged in a star, the axes of these cylinders being located in a plane perpendicular to the motor shaft. The transmission of the reciprocating movement of the pistons is carried out by rollers rotatably mounted on the connecting rod and rolling in the groove of a cam forming a crankshaft, carried by the motor shaft. During the explosion, the piston exerts a large force on the cam.
La réaction de la came comprend une composante suivant l'axe du piston et une composante perpendiculaire à l'axe du piston dite composante normale. S'ensuivent des frottements importants entre le piston et le cylindre pouvant entraîner le serrage du piston. De plus, ces frottements provoquent une sur-consommation de carburant. The reaction of the cam comprises a component along the axis of the piston and a component perpendicular to the axis of the piston called normal component. This results in significant friction between the piston and the cylinder which can cause the clamping of the piston. In addition, these rubs cause over-consumption of fuel.
L'invention a pour but de réduire les frottements entre le piston et le cylindre. A cet effet, l'invention a pour objet un moteur du type précité, caractérisé en ce qu'au moins un cylindre comprend des moyens de guidage en translation de la bielle. The invention aims to reduce friction between the piston and the cylinder. For this purpose, the subject of the invention is an engine of the aforementioned type, characterized in that at least one cylinder comprises means for guiding the link in translation.
Le moteur selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - lesdits moyens de guidage comprennent un premier rouleau de guidage monté rotatif sur le carter, le rouleau étant en contact avec une surface 30 latérale de la bielle ; -lesdits moyens de guidage comprennent un deuxième rouleau de guidage en contact avec une surface latérale de la bielle, le premier et le deuxième rouleau étant disposés de part et d'autre de la bielle ; 2905729 2 - le premier rouleau de guidage a un diamètre supérieur au diamètre du deuxième rouleau de guidage ; - les rouleaux de guidage sont des rouleaux à aiguilles ; - la bielle est encastrée dans le piston ; 5 - la came et la bielle sont connectées de façon à ce que la came en-traîne la bielle en translation lors des temps d'admission, de compression et d'échappement du cycle du moteur ; - la came comprend une rainure dans laquelle est reçu le galet de chaque bielle, ladite rainure formant deux surfaces d'appui opposées pour le 10 galet ; et - le moteur comprend quatre cylindres, et la came comprend quatre bossages. L'invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur tel que précédemment mentionné. The engine according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination: said guide means comprise a first guide roller rotatably mounted on the casing, the roller being in contact with a side surface of the connecting rod; said guide means comprise a second guide roller in contact with a lateral surface of the connecting rod, the first and second roll being arranged on either side of the connecting rod; The first guide roller has a diameter greater than the diameter of the second guide roller; the guide rollers are needle rollers; - The rod is embedded in the piston; The cam and the connecting rod are connected in such a way that the cam drives the rod in translation during the intake, compression and exhaust periods of the engine cycle; the cam comprises a groove in which the roller of each connecting rod is received, said groove forming two opposite bearing surfaces for the roller; and the engine comprises four cylinders, and the cam comprises four bosses. The invention also relates to a motor vehicle, characterized in that it comprises a motor as previously mentioned.
15 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'un moteur selon l'invention ; 20 - la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective du moteur de la figure 1, le carter n'étant pas représenté et les pistons étant en position de point mort haut ; - la figure 3 est une vue analogue à la figure 2, les pistons étant en position de point mort bas.The invention will be better understood on reading the description which will follow, given solely by way of example, and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a partial diagrammatic sectional view of an engine according to the invention; FIG. 2 is a partial schematic perspective view of the engine of FIG. 1, the casing not being shown and the pistons being in the top dead center position; - Figure 3 is a view similar to Figure 2, the pistons being in the bottom dead position.
25 Le moteur comprend un carter 2 (figure 1) comprenant quatre cylindres 4 disposés dans un même plan à 90 , comme illustré sur les figures 1 à 3. Dans chaque cylindre 4, est monté un piston 6 coulissant. Le piston 6 est relié à une bielle 8 comprenant un galet 10 monté rotatif et faisant saillie jusque dans une came 12 formant vilebrequin, la came 12 étant portée par un arbre moteur (non représenté). En effet, le galet 10 roule dans une rainure 14 de la came 12.The engine comprises a casing 2 (FIG. 1) comprising four cylinders 4 arranged in the same plane at 90, as illustrated in FIGS. 1 to 3. In each cylinder 4, a sliding piston 6 is mounted. The piston 6 is connected to a rod 8 comprising a roller 10 mounted rotatably and projecting into a cam 12 forming a crankshaft, the cam 12 being carried by a motor shaft (not shown). Indeed, the roller 10 rolls in a groove 14 of the cam 12.
2905729 3 De plus, la bielle 8 est guidée en translation au moyen de rouleaux 16, 18 de guidage montés rotatifs sur le carter 2. L'arbre moteur est disposé dans le carter 2 au moyen de paliers de roulement. II traverse le carter suivant un axe X-X' longitudinal et horizontal, 5 perpendiculaire à l'axe de chacun des cylindres 4 (voir figures 2 et 3). L'arbre moteur porte la came 12 formant vilebrequin et reliant la bielle 8 à l'arbre moteur. Dans tout ce qui suit, les termes axial et radial s'entendent par rapport à l'axe X-X'.In addition, the rod 8 is guided in translation by means of guide rollers 16, 18 rotatably mounted on the housing 2. The drive shaft is disposed in the housing 2 by means of rolling bearings. It passes through the casing along a longitudinal and horizontal axis X-X ', perpendicular to the axis of each of the cylinders 4 (see FIGS. 2 and 3). The motor shaft carries the cam 12 forming a crankshaft and connecting the connecting rod 8 to the motor shaft. In all that follows, the axial and radial terms refer to the axis X-X '.
10 Le carter 2 comprend, outre les quatre cylindres 4, une partie pleine 20 portant les rouleaux de guidage 16, 18. La partie pleine 20 s'étend radialement entre l'arbre moteur et chaque cylindre 4, du côté de la bielle 8 opposé à la came 12. Elle forme sensiblement un disque d'axe X-X' percé en son milieu.The casing 2 comprises, in addition to the four cylinders 4, a solid portion 20 carrying the guide rollers 16, 18. The solid portion 20 extends radially between the motor shaft and each cylinder 4, on the side of the opposite rod 8 to cam 12. It substantially forms a disc of axis XX 'pierced in the middle.
15 De plus, la partie pleine 20 comprend un évidement 22 sensiblement parallélépipédique s'étendant suivant l'axe du piston 6. Cet évidement 22 est en regard de la bielle 8 et a une largeur et une profondeur suffisantes pour permettre le mouvement de la bielle 8 entre une position de point mort haut et une position de point mort bas, comme illustré sur la figure 1.In addition, the solid portion 20 comprises a recess 22 substantially parallelepiped extending along the axis of the piston 6. This recess 22 is opposite the connecting rod 8 and has a width and depth sufficient to allow the movement of the connecting rod 8 between a top dead center position and a bottom dead center position, as shown in FIG.
20 La partie pleine 20 comprend également des trous taraudés d'axe pa- rallèle à X-X' pour la fixation des rouleaux de guidage 16, 18. Le piston 6 coulisse suivant l'axe du cylindre 4 et forme un joint étanche avec le cylindre 4. Le piston 6 et le cylindre 4 définissent ensemble une chambre de combustion (figure 1).The solid portion 20 also includes threaded holes of axis parallel to XX 'for fixing the guide rollers 16, 18. The piston 6 slides along the axis of the cylinder 4 and forms a seal with the cylinder 4 The piston 6 and the cylinder 4 together define a combustion chamber (Figure 1).
25 En fonctionnement, le piston 6 suit un mouvement alternatif en translation entre une position de point mort haut et une position de point mort bas. Sur les figures 1 et 2, le piston 6 est illustré en position de point mort haut. Sur la figure 3, le piston 6 est illustré en position de mort bas. La bielle comprend une tige 24 sensiblement parallélépipédique de 30 longueur suffisante pour relier le piston 6 à la came 12. Une extrémité 26 de la tige 24 est reliée au piston 6. Avantageusement, cette extrémité 26 de la tige 24 est encastrée dans le piston 6. L'autre extrémité 28 de la tige 24 porte le galet 10 monté rotatif.In operation, the piston 6 reciprocates in translation between a top dead center position and a bottom dead center position. In Figures 1 and 2, the piston 6 is illustrated in the top dead center position. In FIG. 3, the piston 6 is illustrated in the low dead position. The connecting rod comprises a substantially parallelepipedal rod 24 of sufficient length to connect the piston 6 to the cam 12. An end 26 of the rod 24 is connected to the piston 6. Advantageously, this end 26 of the rod 24 is embedded in the piston 6 The other end 28 of the rod 24 carries the roller 10 rotatably mounted.
2905729 4 Le galet 10 est monté rotatif sur la tige 24 au moyen d'un ensemble vis-écrou 30 traversant la tige 24. Son axe de rotation est parallèle à l'axe X-X'. II s'agit par exemple d'un rouleau à aiguilles. L'écrou 30 est au contact de la tige 24, du côté opposé au galet 10.The roller 10 is rotatably mounted on the rod 24 by means of a screw-nut assembly 30 passing through the rod 24. Its axis of rotation is parallel to the axis X-X '. It is for example a needle roller. The nut 30 is in contact with the rod 24, on the opposite side to the roller 10.
5 L'écrou 30 se déplace librement dans l'évidement 22 de la partie pleine 20. La bielle 8 est guidée en translation par les rouleaux de guidage 16, 18. Les rouleaux de guidage 16, 18 sont disposés de part et d'autre de la tige 24 de la bielle 8. Ils comprennent un premier rouleau 16 et un deuxième rouleau 18.The nut 30 moves freely in the recess 22 of the solid part 20. The rod 8 is guided in translation by the guide rollers 16, 18. The guide rollers 16, 18 are arranged on either side of the rod 24 of the connecting rod 8. They comprise a first roller 16 and a second roller 18.
10 Le premier rouleau 16 est en contact avec une surface latérale de la tige 24, la surface latérale étant parallèle à l'axe du galet 10. Le deuxième rouleau 18 est en contact avec la surface latérale parallèle et opposée à la précédente de la tige 24. Les axes des rouleaux de guidage 16, 18 sont parallèles à l'axe du 15 galet 10 et sont perpendiculaires à l'axe de la tige 24. Lorsque le piston est en position de point mort haut, les axes des deux rouleaux 16, 18 et du galet 10 sont sensiblement coplanaires. Ainsi, les rouleaux 16, 18 assurent un guidage en translation de la bielle 8 entre les positions de point mort haut et les positions de point mort 20 bas, comme illustré sur les figures 2 et 3. Pour un moteur de véhicule de tourisme, le premier rouleau 16 a par exemple un diamètre compris entre 25 millimètres et 35 millimètres et le deuxième rouleau 18 a par exemple un diamètre compris entre 15 millimètres et 20 millimètres.The first roller 16 is in contact with a lateral surface of the rod 24, the lateral surface being parallel to the axis of the roller 10. The second roller 18 is in contact with the parallel lateral surface and opposite to the previous one of the rod 24. The axes of the guide rollers 16, 18 are parallel to the axis of the roller 10 and are perpendicular to the axis of the rod 24. When the piston is in the top dead center position, the axes of the two rollers 16 , 18 and the roller 10 are substantially coplanar. Thus, the rollers 16, 18 provide a guide in translation of the connecting rod 8 between the top dead center positions and the low dead position positions, as illustrated in FIGS. 2 and 3. For a passenger vehicle engine, the first roller 16 has for example a diameter between 25 millimeters and 35 millimeters and the second roller 18 has for example a diameter of between 15 millimeters and 20 millimeters.
25 La came 12, illustrée en perspective sur les figures 2 et 3, est symétrique par rapport à l'axe X-X'. Elle est fixe par rapport à l'arbre moteur, les deux étant par exemple venus de matière. La rainure 14 de la came 12 forme une première surface d'appui 32 ou surface d'appui interne et une deuxième surface d'appui 34 ou surface 30 d'appui externe. Le galet 10 de chaque bielle 8 est reçu dans la rainure 14 de la came 12. La distance entre les deux surfaces d'appui 32, 34 est par exemple constante et supérieure au diamètre du galet 10. Ainsi, lorsque le galet 10 2905729 5 roule sur l'une des surfaces d'appui (32 ; 34), il est espacé de l'autre surface d'appui (32 ; 34) d'un certain jeu. Le jeu est par exemple compris entre 0,02 millimètres et 0,05 millimètres. La rainure 14 de la came 12 forme plusieurs bossages. Dans 5 l'exemple illustré (figures 2 et 3), la rainure 14 forme quatre bossages symétriques et disposés à 90 , comme le sont les cylindres 4 du moteur. Ainsi, la translation du piston 6 lors des temps d'explosion entraîne la came 12 en rotation. Inversement, la rotation de la came 12 lors des temps d'admission, de compression et d'échappement entraîne le piston 6 en tan- 10 station. Sur les figures 2 et 3, la came 12 tourne dans le sens anti-horaire. Lors de l'explosion, la bielle 8 exerce un effort important sur la surface d'appui interne 32 de la came 12. La réaction de la surface d'appui interne 32 comprend une composante radiale et une composante perpendiculaire à l'axe du piston 6 dite composante normale. La composante normale génère 15 un moment sur le piston 6 dans le sens anti-horaire. Le premier rouleau 16 exerce, en même temps, une réaction d'appui sur la bielle 8, parallèle et en sens opposé à la composante normale de la réaction d'appui de la came 12. Le moment exercé sur le piston 6 est ainsi diminué grâce au premier rouleau 16.The cam 12, shown in perspective in FIGS. 2 and 3, is symmetrical with respect to the X-X 'axis. It is fixed relative to the motor shaft, the two being for example come from material. The groove 14 of the cam 12 forms a first bearing surface 32 or internal bearing surface and a second bearing surface 34 or surface 30 of external support. The roller 10 of each rod 8 is received in the groove 14 of the cam 12. The distance between the two bearing surfaces 32, 34 is for example constant and greater than the diameter of the roller 10. Thus, when the roller 2905729 5 rolled on one of the bearing surfaces (32; 34), it is spaced from the other bearing surface (32; 34) by a certain clearance. The clearance is for example between 0.02 millimeters and 0.05 millimeters. The groove 14 of the cam 12 forms several bosses. In the illustrated example (FIGS. 2 and 3), the groove 14 forms four symmetrical bosses arranged at 90, as are the cylinders 4 of the motor. Thus, the translation of the piston 6 during the explosion times drives the cam 12 in rotation. Conversely, the rotation of the cam 12 during the intake, compression and exhaust times causes the piston 6 to tandem. In Figures 2 and 3, the cam 12 rotates counterclockwise. During the explosion, the rod 8 exerts a large force on the internal bearing surface 32 of the cam 12. The reaction of the internal bearing surface 32 comprises a radial component and a component perpendicular to the piston axis 6 called normal component. The normal component generates a moment on the piston 6 counterclockwise. The first roller 16 exerts, at the same time, a bearing reaction on the rod 8, parallel and in the opposite direction to the normal component of the support reaction of the cam 12. The moment exerted on the piston 6 is thus decreased thanks to the first roll 16.
20 Lors de la remontée du piston 6, par exemple lors d'une phase de compression ou d'échappement, la surface d'appui interne 32 de la came 12 exerce un effort sur la bielle 8 qui comprend une composante radiale et une composante normale. Du fait de la composante normale, il résulte un moment sur le piston 6 dans le sens horaire. Dans le même temps, la réaction 25 d'appui du deuxième rouleau 18 s'oppose à la composante normale de l'effort exercé par la came 12 et diminue ainsi le moment sur le piston 6. Lorsque la surface d'appui externe 34 exerce un effort sur la bielle 8 pour descendre le piston 6, par exemple lors d'une phase d'admission, cet effort comprend également une composante radiale et une composante 30 normale. La composante normale génère un moment sur le piston 6 dans le sens horaire. Le deuxième rouleau 18 exerce, en même temps, une réaction d'appui opposée à la composante normale de la réaction d'appui de la came 12. Le moment sur le piston 6 est ainsi diminué.During the raising of the piston 6, for example during a compression or exhaust phase, the internal bearing surface 32 of the cam 12 exerts a force on the connecting rod 8 which comprises a radial component and a normal component . Due to the normal component, there is a moment on the piston 6 in the clockwise direction. At the same time, the bearing reaction of the second roller 18 opposes the normal component of the force exerted by the cam 12 and thus decreases the moment on the piston 6. When the external bearing surface 34 exerts a force on the rod 8 to lower the piston 6, for example during an intake phase, this force also comprises a radial component and a normal component. The normal component generates a moment on the piston 6 in the clockwise direction. The second roller 18 exerts, at the same time, a bearing reaction opposite to the normal component of the support reaction of the cam 12. The moment on the piston 6 is thus reduced.
2905729 6 Les efforts générés lors de l'explosion étant plus importants que les efforts générés pendant les autres phases de fonctionnement, on comprend que le premier rouleau 16 de guidage est avantageusement choisi avec un diamètre supérieur au deuxième rouleau 18 de guidage.Since the forces generated during the explosion are greater than the forces generated during the other operating phases, it is understood that the first guide roller 16 is advantageously chosen with a larger diameter than the second guide roller 18.
5 On notera que la géométrie de la came 12 n'est pas limitative en ce qui concerne le nombre et/ou la forme des bossages. Le plus généralement, le nombre de bossages est égal au nombre de cylindres, mais il peut aussi être inférieur ou supérieur au nombre de cylindres. Le nombre de bossages peut être par exemple la moitié ou le double du nombre de cylindres.It should be noted that the geometry of the cam 12 is not limiting as regards the number and / or the shape of the bosses. Most generally, the number of bosses is equal to the number of cylinders, but it can also be less than or greater than the number of cylinders. The number of bosses can be for example half or double the number of cylinders.
10 De plus, le moteur ne comporte pas nécessairement quatre cylindres 4. En effet le moteur peut être par exemple monocylindre ou bicylindre.In addition, the engine does not necessarily have four cylinders 4. Indeed the engine can be for example single cylinder or twin cylinder.
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