FR2931235A1 - Dispositif generateur de couple acyclique pilote et arbre rotatif presentant un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de génération d'un couple acyclique sur un arbre rotatif (a) d'une machine tournante.Ce dispositif est caractérisé en ce que les moyens d'application (7) d'un effort présentent leur propre moyen de réglage de l'effort appliqué, le moyen de suivi (4) étant en outre réglé en rotation colinéaire avec l'arbre rotatif (a) par des moyens de réglage (6) en rotation.L'invention concerne aussi un arbre rotatif avec un tel dispositif générateur d'un couple acyclique, ce dispositif créant un couple acyclique sur cet arbre, ce couple pouvant être opposé au couple acyclique propre de l'arbre et annulant celui-ci.Application dans le domaine mécanique, en particulier pour les transmissions de véhicules automobiles.

Description

Dispositif générateur de couple acyclique piloté et arbre rotatif présentant un tel dispositif

La présente invention concerne un dispositif générateur de couple acyclique destiné à un arbre rotatif, cet arbre rotatif pouvant être celui d'une quelconque machine mécanique tournante. Une application particulière mais non limitative de ce dispositif générateur de couple acyclique peut être la suppression d'un couple acyclique en rotation présenté par l'arbre rotatif en générant par ce dispositif un de couple acyclique en opposition de phase avec le couple acyclique à annuler. Une autre application particulière de ce dispositif est la génération d'un couple acyclique pour une machine tournante en vue de simulations sur banc d'essais. Ainsi, la présente invention peut s'appliquer à toute machine tournante dans laquelle on veut ajouter ou supprimer un couple acyclique en rotation.

Le phénomène d'acyclisme dans des machines tournantes est bien connu de l'état de la technique.Par exemple, il est connu que les moteurs à explosion présentent, notamment au ralenti, un fonctionnement acyclique c'est-à-dire que la vitesse de rotation instantanée du vilebrequin d'un tel moteur connaît des variations autour d'une vitesse de rotation moyenne. Dans un moteur à combustion interne, l'arbre moteur n'est entraîné qu'au moment de l'explosion détente qui déplace le piston. Comme le nombre de pistons n'est pas infini, il existe toujours des temps morts entre deux explosions, de sorte que la rotation de l'arbre moteur n'est pas parfaite mais sujette à des couples acycliques plus ou moins importants. Ce phénomène de couple acyclique est généralement responsable d'une usure accentuée de certaines pièces mécaniques et de bruits en raison des chocs engendrés par celui-ci.

Il est connu de l'état de la technique des systèmes de filtration de couple acyclique et des systèmes de génération de couple acyclique, notamment pour banc d'essais. Ces deux types de systèmes peuvent être électriques : dans ce cas, ils sont pilotés et utilisent des dispositifs électriques tels des onduleurs et des cartes de contrôle spécifiques pour générer la dynamique du couple acyclique souhaitée. Il existe aussi des systèmes mécaniques de génération ou d'atténuation du couple acyclique. Ceux-ci présentent l'inconvénient de ne pas être réglables. Ils ne fonctionnent donc que pour un niveau d'acyclisme et un déphasage donné. C'est la raison pour laquelle ils servent surtout à compenser des effets dynamiques, comme dans les arbres d'équilibrage ou qu'ils sont utilisés sur des systèmes ayant un point de fonctionnement constant. Par exemple, le document FR-A-1 445 551 fait état de moyens mécaniques d'amortissement de couple par cames dont la force de l'amortissement est non réglable. Ce dispositif à cames prend place dans un système d'embrayage de la chaîne de traction d'un véhicule. Comme dans de tels dispositifs mécanique, les moyens de pression sur la came sont tarés de manière à produire un effort important afin de maintenir un contact en toutes conditions entre un suiveur de came et celle-ci, ces moyens de pression ne prennent pas en compte le régime de rotation et les efforts d'inertie qui s'exercent sur les moyens de pression. Cela fait que, pour des régimes réduits de rotation de l'arbre rotatif, par exemple lors d'une phase de démarrage ou d'un ralenti, le suiveur de came peut opposer un trop grand couple résistant au couple moteur, ce qui pénalise fortement le rendement du moteur. Inversement, l'effet relatif du suiveur de came diminue quand l'augmentation du couple moteur augmente, ce qui implique une correction moins efficace de l'acyclisme.

Le brevet EP-B-10973 présente un dispositif de compensation de moments libres résultant de forces d'inertie dans un moteur de bateau. Ce dispositif est composé d'au moins une masse tournante excentrée ou déséquilibrée, un moteur d'entraînement associé et possède un moyen de synchronisation permettant de commander la vitesse de rotation et l'angle de phase du moteur d'entraînement en fonction de la vitesse de rotation et de l'angle de phase du moteur générant les moments à compenser. Ce moyen de synchronisation comprend un moteur hydraulique. Un tel moyen de synchronisation est encombrant et ne peut trouver une application pour toute machine tournante. Ainsi les systèmes générateurs de couple acyclique mécaniques ne sont en général pas pilotables et quand ils le sont, alors ils emploient des moyens coûteux, non compacts et grands consommateurs d'énergie. La présente invention a pour but de générer un couple acyclique dans un arbre rotatif qui soit adapté pour toutes conditions de fonctionnement de cet arbre rotatif et cela de manière simple et précise en permettant un réglage indépendant des différents paramètres principaux du couple acyclique, notamment la forme de l'acyclisme liée à la forme de came, la phase et l'amplitude moyenne. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de génération d'un couple acyclique sur un arbre rotatif d'une machine tournante, ce dispositif présentant au moins une came portée par l'arbre rotatif et soumise à l'action d'un moyen de suivi, des moyens d'application d'un effort de pression transmettant par le moyen de suivi un effort sur cette came, caractérisé en ce que les moyens d'application d'un effort présentent leur propre moyen de réglage de l'effort appliqué, le moyen de suivi étant en outre réglé en rotation colinéaire avec l'arbre rotatif par des moyens de réglage en rotation.

Selon des caractéristiques additionnelles de la présente invention : - le moyen de suivi présente un poussoir s'étendant entre un support et la came, ce poussoir étant mobile sensiblement en translation radiale par rapport à ce support, ce poussoir présentant une forme du type galet à son extrémité adjacente à la came, le galet réalisant la fonction de suiveur de came, - le support du moyen de suivi peut pivoter par rapport à un point fixe de la machine tournante par l'intermédiaire des moyens de réglage en rotation, ces dits moyens permettant le réglage de la phase de l'acyclisme généré par rapport à l'arbre rotatif, - le support est de forme cylindrique et les moyens de réglage en rotation sont un moteur et un engrenage, - les moyens d'application comprennent au moins un ressort avec un moyen de réglage pour la modification de son tarage, le ressort rappelant élastiquement le moyen de suivi contre la came par action sur l'extrémité du poussoir opposée à cette came, le moyen de réglage est un actionneur électromagnétique linéaire et/ou un système d'asservissement mécanique aux conditions de fonctionnement de l'arbre rotatif, - le moyen de réglage est un système vis écrou mis en action par un moteur, - le moyen de réglage du ressort est une bague concentrique à l'arbre rotatif, cette bague pouvant tourner autour de l'arbre rotatif sous l'action d'un moteur, - pour au moins une came du dispositif, est associé deux moyens de suivi disposés de manière sensiblement opposée et présentant chacun leurs moyens d'application avec leur propre moyen de réglage de même que leurs propres moyens de réglage en rotation, - le dispositif comprend au moins deux cames présentes sur l'arbre rotatif, chaque came comportant une série respective de lobes afin de former les pics de couple produits par l'harmonique respectif représentatif du couple acyclique devant être généré. L'invention concerne aussi un arbre rotatif caractérisé en ce qu'il comprend un tel dispositif générateur d'un couple acyclique, ce dispositif créant un couple acyclique sur cet arbre. L'invention concerne aussi un arbre rotatif présentant un couple acyclique propre caractérisé en ce qu'il comprend un tel dispositif générateur de couple acyclique, ce dispositif créant un couple acyclique opposé au couple acyclique propre de l'arbre et annulant celui-ci. L'invention concerne un moteur ou un élément de 15 transmission de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un tel arbre rotatif.

L'invention va maintenant être décrite plus en détail mais de façon non limitative en regard des figures 20 annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif générateur de couple acyclique selon la présente invention, - la figure 2 est une représentation schématique 25 d'une première forme de réalisation d'un dispositif conformément à l'invention, - la figure 3 est une représentation schématique d'une autre forme de réalisation d'un dispositif conformément à l'invention, sans représentation d'un 30 actionneur linéaire à cette figure, - les figures 4a et 4b sont des représentations schématiques de deux formes de réalisation du moyen de liaison du support avec le moyen de suivi pouvant être utilisées dans le dispositif selon la présente invention, 35 - les figures 5a et 5b illustrent des courbes respectives de rayon de came et de dérivée de fonction de rayon de came selon l'angle de la came, - la figure 6 montre une comparaison entre la courbe de l'acyclisme généré par la came par rapport à une harmonique représentatif de la machine tournante, ici une harmonique H2.

La figure 1 montre un arbre rotatif a pouvant appartenir à une quelconque machine tournante et présentant un point non tournant de référence, par exemple le bâti 1 de cette machine. Cet arbre rotatif a porte une came 3, coopérant avec un moyen de suivi 4 agissant sur la came de manière sensiblement radiale. D'une part, ce moyen de suivi 4 est soumis à l'action d'un moyen d'application 7 appliquant un effort sensiblement radial sur ce moyen de suivi 4. D'autre part, ce moyen de suivi 4 est porté par un support 5 avec une liberté de déplacement en translation radiale par rapport à ce support 5. Ce support 5 admet un moyen de réglage 6 en rotation colinéaire à la rotation de l'arbre rotatif a, ce qui se fait par rapport à un point fixe de la machine tournante, par exemple par rapport au bâti 1. Ce moyen de réglage 6, par exemple, sous la forme d'un actionneur par pivotement, permet de régler le moyen de suivi par rapport à l'arbre rotatif a en prenant comme référence le bâti 1 fixe, le couple acyclique généré pouvant alors être mise en phase ou avec une certaine différence de phase par rapport à l'arbre rotatif a. La came 3 génère alors un couple acyclique dont la forme est liée à pente de la came, dont l'amplitude moyenne est liée à l'effort sur le moyen de suivi 4 par le moyen d'application 7 d'un effort sur celui-ci. La phase de ce couple est liée à l'indexage du support 5 de moyen de suivi par rapport au bâti 1. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le moyen d'application 7 d'un effort sur le moyen de suivi 4 peut être un actionneur électromagnétique linéaire et/ou un asservissement mécanique aux conditions de fonctionnement de l'arbre rotatif. Par exemple, il est possible de réaliser un asservissement selon le régime plus ou moins élevé de l'arbre rotatif. Dans un second mode de réalisation de l'invention, le moyen d'application 7 d'un effort sur le moyen de suivi 4 peut être un ressort présentant au moins un moyen de réglage venant modifier son tarage. Cette forme de réalisation est montrée à la figure 2. A cette figure, le support 5 du suiveur est de section circulaire et concentrique avec l'arbre rotatif. Le moyen de suivi 4 comprend un galet suiveur 4a de came et un poussoir 4b, dont une extrémité porte le galet suiveur 4a et l'applique sur la came 3. Le galet 4a est monté à rotation sur le poussoir 4b associé suivant un axe parallèle à l'axe de l'arbre rotatif. Cela permet de réduire le frottement entre le poussoir 4b et la came 3, ce qui procure un moindre frottement, une longévité accrue et un plus grand silence de fonctionnement du dispositif. L'autre extrémité du poussoir 4b est soumise à la force du moyen d'application 7 d'un effort. Ce moyen d'application présente un ressort 2, de forme hélicoïdale, rappelant élastiquement le poussoir 4b et le galet 4a contre la came 3. A la figure 2, ce qui illustre une forme de réalisation du moyen de réglage du tarage du ressort 2, ce moyen de réglage du tarage est assuré par un moteur M1 et un système vis écrou 8 embarqué sur le support 5 du moyen de suivi 4. L'enveloppe externe de ce moyen d'application peut être constituée de deux chambres 9a et 9b, de préférence cylindriques, ouvertes à une de leur extrémités et pouvant coulisser l'une dans l'autre avec leurs extrémités ouvertes se faisant face. La plus petite chambre cylindrique 9b reçoit une partie du ressort 2 et finit contre le poussoir 4b en traversant le support 5 tandis que la plus grande 9a comprend l'autre partie du ressort 2 ainsi que le système vis écrou 8. C'est la paroi longitudinale de la plus grande chambre cylindrique 9b proche de l'extrémité ouverte qui est en contact avec le support 5. Le coulissement de la petite chambre 9b se fait alors seulement, de préférence, avec la grande chambre 9a.

Le support 5 est en liaison pivot par rapport au bâti et son positionnement en rotation est assuré par un deuxième moteur M2 et par l'intermédiaire d'un engrenage 10. Dans une autre forme de réalisation du moyen de réglage du tarage du ressort 2, ce réglage est assuré par une bague concentrique 11 qui peut tourner par rapport au support 5 par l'intermédiaire d'un moteur M1. Ceci est montré à la figure 3. Il cohabite alors trois systèmes concentriques : le support 5, la bague concentrique 11 et la came 3. La phase et l'amplitude du couple acyclique généré sont pilotées en faisant tourner le support 5 du moyen de suivi, pour la phase, et la bague concentrique 11, pour l'amplitude. Le phasage du support 5 est assuré par un moteur électrique M2 et un engrenage qui fait pivoter le support 5 autour de l'axe de l'arbre rotatif. Dans ce mode de réalisation du moyen de tarage, un manchon 9 peut entourer le ressort 2 pour faire le contact avec le support 5, en évitant les frottements entre le ressort 2 et ce dernier. Ainsi, la dynamique du poussoir n'est liée qu'à la dynamique de réglage de la phase, par le moyen de réglage en rotation du support de poussoir, et la dynamique de réglage de l'amplitude, par le moyen de réglage du tarage du ressort du moyen d'application d'un effort. Les figures 4a et 4b montrent deux formes de réalisation du couplage du moyen de suivi avec son support 5. A la figure 4a, le moyen de suivi, sous la forme d'un poussoir 4b, relié à une de ses extrémités au galet 4a suiveur de came et à l'autre au ressort 2 par l'intermédiaire d'une plaque 4c pour un meilleur contact entre celui-ci et le ressort 2, est articulé par rapport à son support 5 par une bielle 11 avec un point d'articulation sur le support 5 et un autre point sur le centre du galet 4a. Cela permet de dissocier l'effort d'appui et la reprise de couple dans le moyen de suivi. A la figure 4b, le poussoir 4b peut être en liaison glissière par rapport au support 5. Dans ce cas, une chambre cylindrique 9b, sensiblement équivalente à la petite chambre cylindrique de la figure 2, enveloppe une partie du ressort 2 sur son passage à travers le support 5 et assure un contact coulissant avec celui-ci. Dans toutes les formes de réalisation du dispositif de génération de couple selon la présente invention, la forme de la came est à définir par rapport au couple acyclique qu'il est souhaité créer. La ou les cames peuvent contenir des lobes en couple diamétralement opposés. Bien que tous les profils soient possibles, la came peut, avantageusement, présenter des lobes qui sont répartis angulairement de façon régulière et qui permettent de s'opposer aux pics de couple de l'arbre rotatif la portant, ces pics de couple correspondant aux harmoniques prépondérants et représentatifs de la machine tournante utilisée. En effet, le couple acyclique d'une machine tournante comporte des harmoniques prépondérants et représentatifs de celle-ci car liés au fonctionnement du cette machine. Par exemple, pour un moteur à 4 cylindres, comme chaque tour correspond à deux explosions, tout phénomène correspondant à un cylindre se faisant sur deux tours moteurs sera de l'ordre de 0,5. Le couple acyclique à considérer pour un cycle complet des 4 cylindres formant l'harmonique représentatif d'un tel moteur sera de préférence 2 ou noté H2. Ces harmoniques 2 forment, dans ce cas, les harmoniques prépondérants provoquant les pics de couple les plus importants. De façon similaire, d'autres harmoniques peuvent exister, par exemple pour un moteur de 6 cylindres l'harmonique H3 sera typiquement retenu comme significatif de ce couple. Dans ce cas, la came comporte avantageusement trois lobes répartis angulairement à 120° les uns des autres, le nombre de lobes nécessaires pour réduire les pics de couple correspondant à des harmoniques H 3. Ceci est bien entendu valable pour d'autres harmoniques prépondérants selon le type de machine tournante employée. D'une manière générale, pour un moteur à combustion interne comportant un nombre pair déterminé de cylindres, la came utilisée présente un nombre de lobes deux fois inférieur au nombre de cylindres, ces lobes étant répartis angulairement régulièrement les uns par rapport aux autres.

Le calcul du rayon de la came peut se faire de la manière suivante. Ce rayon de came est défini par une fonction f selon l'angle de came. On a ainsi r= f(angle de came). On définit ainsi une fonction polaire donnant le rayon de came comme montré à la figure 5a. La fonction dérivée de f, c'est à dire f', peut aussi être déterminée selon le couple exercé sur la came. Pour un galet de rayon R, un effort radial F et une équation de came r=f(angle de came), le couple C peut s'exprimer sous la forme suivante: C=F f'+R' 1+f' z 1~Ff' f f Il est ainsi possible de déduire une loi selon l'excitation, par exemple selon des harmoniques H2, H3 ou H4.

La figure 5b visualise la forme de la dérivée de la fonction f donnant le rayon de came en fonction de l'angle de came. La figure 6 montre une comparaison de l'acyclisme généré par la came du dispositif selon l'invention et un harmonique représentatif de la machine tournante utilisée, ici l'harmonique H2.

Il est possible d'adjoindre ensemble au moins deux cames au sein d'un dispositif ou en deux dispositifs séparés pour que l'ensemble ainsi formé s'oppose aux pics de couple de deux harmoniques les plus importants.

Il est aussi possible d'adjoindre ensemble sur une même came deux moyens de suivi opposés par rapport à cette came, ces deux moyens de suivi étant associés respectivement à leur moyen d'application d'effort avec son moyen de réglage spécifique ainsi qu'avec leur support et son moyen de réglage en phase. Cela permet aux poussoirs d'opposer au couple de l'arbre rotatif un couple résistant sensiblement deux fois supérieur à celui qui serait produit par un poussoir unique et à annuler l'effort tranchant sur l'arbre. Les deux couples sont déphasés de pi, donc égaux pour une came en H2, dans ce cas le moyen de réglage peut être commun. Ce raisonnement s'étend à n cames disposées régulièrement. L'invention propose ainsi de régler l'amplitude moyenne et la phase du couple acyclique par le moyen d'application d'effort et le moyen de réglage de la position du support, dans le but de générer ou de supprimer un couple acyclique en rotation, existant déjà sur l'arbre rotatif. Pour supprimer un couple acyclique en rotation, le dispositif selon la présente invention crée un couple acyclique opposé au couple acyclique présent sur l'arbre et annulant celui-ci. Les principaux avantages de l'invention sont que les deux moyens de réglage, respectivement en effort et en phase sont non tournants et non dynamiques, la création du couple acyclique étant principalement liée à la forme extérieure de la came. Ces deux moyens de réglage sont ainsi réglables en amplitude et en phase sans limitation. Ils permettent de générer toute excitation acyclique.

Les moyens de réglage sont peu sensibles au régime de fonctionnement, contrairement à ceux de l'état de la technique comme mentionné dans la partie introductive de la présente invention. On peut soit utiliser un actionneur piloté, type moteur électrique avec réducteur ou écrou vis sans fin, ou utiliser un asservissement mécanique pour avoir une dépendance à la charge. Un tel dispositif trouve une application particulière pour l'embarquement sur un moteur de combustion interne.

L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de génération d'un couple acyclique sur un arbre rotatif (a) d'une machine tournante, ce dispositif présentant au moins une came (3) portée par l'arbre rotatif (a) et soumise à l'action d'un moyen de suivi (4), des moyens d'application (7) d'un effort de pression transmettant par le moyen de suivi (4) un effort sur cette came (3), caractérisé en ce que les moyens d'application (7) d'un effort présentent leur propre moyen de réglage de l'effort appliqué, le moyen de suivi (4) étant, en outre, réglé en rotation colinéaire avec l'arbre rotatif (a) par des moyens de réglage (6) en rotation.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de suivi (4) présente un poussoir (4b) s'étendant entre un support (5) et la came (3), ce poussoir (4b) étant mobile sensiblement en translation radiale par rapport à ce support (5), ce poussoir (4b) présentant une forme du type galet (4a) à son extrémité adjacente à la came (3), le galet (4a) réalisant la fonction de suiveur de came.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support (5) du moyen de suivi (4) peut pivoter par rapport à un point fixe (1) de la machine tournante par l'intermédiaire des moyens de réglage en rotation (10, M2), ces dits moyens permettant le réglage de la phase de l'acyclisme généré par rapport à l'arbre rotatif (a).
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support (5) est de forme cylindrique et les moyens de réglage en rotation sont un moteur (M2) et un engrenage (10).
5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'application (7) comprennent au moins un ressort (2)avec un moyen de réglage (8, 11, Ml) pour la modification de son tarage, le ressort (2) rappelant élastiquement le moyen de suivi (4) contre la came (3) par action sur l'extrémité du poussoir (4b) opposée à cette came (3).
6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de réglage du ressort (2) est un actionneur électromagnétique linéaire et/ou un système d'asservissement mécanique aux conditions de fonctionnement de l'arbre rotatif.
7. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de réglage est un système vis écrou (8) mis en action par un moteur (M1).
8. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de réglage du ressort est une bague concentrique (11) à l'arbre rotatif (a), cette bague (11) pouvant tourner autour de l'arbre rotatif (a) sous l'action d'un moteur (M1).
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour au moins une came du dispositif, est associé deux moyens de suivi (4) disposés de manière sensiblement opposée et présentant chacun leurs moyens d'application (7) avec leur propre moyen de réglage (8, 11, Ml) de même que leurs propres moyens de réglage (10, M2) en rotation.
10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux cames (3) présentes sur l'arbre rotatif (a), chaque came (3) comportant une série respective de lobes afin de former les pics de couple produits par l'harmonique respectif représentatif du couple acyclique devant être généré.
11. 11. Arbre rotatif (a) caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif générateur d'un couple acyclique, selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce dispositif créant un couple acyclique sur cet arbre.
12. 12. Arbre rotatif (a) présentant un couple acyclique propre, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif 5générateur de couple acyclique, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ce dispositif créant un couple acyclique opposé au couple acyclique propre de l'arbre et annulant celui-ci.
13. 13. Moteur ou élément de transmission de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un arbre rotatif (a) selon la revendication 11 ou 12.