FR2983912A3

FR2983912A3 - Systeme a taux de compression variable a bas frottements

Info

Publication number: FR2983912A3
Application number: FR1161443A
Authority: FR
Inventors: Pascal Tribotte; Marek Abramczuk
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-14

Abstract

Système (10) à compression variable d'un moteur à combustion interne comprenant : -un piston (14) monté mobile en coulissement dans une chambre cylindrique (16), -une bielle de piston (17) connectée au piston, -un dispositif de guidage (22) sous forme de bras allongé s'étendant dans une chambre de bielles disposée sous la chambre cylindrique, le dispositif étant connecté par une extrémité (28) à la bielle de piston et muni de moyens aptes à modifier le déplacement du piston dans la chambre cylindrique, -un vilebrequin (19) monté mobile en rotation dans la chambre de bielles, caractérisé en ce que le système comporte une bielle (21) de vilebrequin reliant le dispositif de guidage au vilebrequin.

Description

SYSTEME A TAUX DE COMPRESSION VARIABLE A BAS FROTTEMENTS Domaine technique de l'invention La présente invention concerne les systèmes à taux de compression variable implémentés dans les moteurs à combustion interne.

L'invention concerne plus particulièrement un système à taux de compression variable à variation du volume de la chambre à combustion par une cinématique de l'embiellage. L'invention concerne également les moteurs à combustion interne équipés de système à taux de compression variable.

Etat de la technique Les moteurs à combustion interne comprennent généralement au moins cylindre dans lequel un piston est animé d'un mouvement de va-et-vient, le mouvement selon un axe de déplacement confondu avec l'axe du cylindre, étant limité en une extrémité par un plafond de chambre aménagé dans une culasse. Le piston est connecté par une bielle à un vilebrequin monté mobile en rotation autour d'un axe sensiblement orthogonal à l'axe du cylindre, dans une chambre de bielles aménagée dans un carter cylindres. Le rendement des moteurs à combustion interne notamment dans le domaine automobile est relativement faible, de l'ordre de 20% pour un moteur essence et de 40% pour un moteur diesel. Le rendement étant une fonction du rapport volumétrique de compression, des solutions mettant en oeuvre des chambres de combustion à cylindrée variable sont bien connues dans l'état de l'art pour améliorer le rendement des moteurs. A cet effet, trois modes principaux de mise en oeuvre sont connus pour obtenir une chambre à combustion à cylindrée variable. Un premier mode consiste en une variation du volume de la chambre à combustion avec une culasse mobile ou des chambres additionnelles avec un clapet de régulation, la cinématique de l'attelage mobile composé du piston coulissant dans un cylindre fermé en une extrémité par le plafond de chambre restant inchangée. Le brevet EP0640176 divulgue un dispositif pour faire varier la compression d'un moteur à combustion interne comportant une section de carter cylindre monté pivotant autour d'un palier d'arbre, la modification d'inclinaison de la section de carter entrainant une variation du volume de la chambre à combustion et une variation du taux de compression. Un deuxième mode pour obtenir une variation de la cylindrée est également connu par une variation de la géométrie de l'embiellage, avec par exemple des excentriques positionnés soit sur l'axe du piston, soit sur un tourillon, soit sur un maneton du vilebrequin. Le brevet EP1426584 divulgue une bielle avec une extrémité comportant un excentrique relié au piston afin de modifier le volume de la chambre à combustion. Selon un troisième mode, la variation de la cylindrée peut être également obtenue par une variation de la cinématique de l'attelage mobile telle que décrite dans la publication JP-A12011169152. Selon ce document, un piston est monté mobile en coulissement dans une chambre cylindrique et est relié à une bielle connectée à un vilebrequin. Le dispositif pour faire varier la cylindrée comprend un trièdre comportant un sommet connecté avec un maneton du vilebrequin, un deuxième sommet connecté avec la bielle reliée au piston et un troisième sommet relié à un moyen de coulissement selon un axe sensiblement parallèle à l'axe de coulissement du piston. Ledit moyen de coulissement permet une variation du volume de la chambre de combustion comprise entre une extrémité du piston et le plafond de chambre.

Le mouvement de va-et-vient du piston dans la chambre cylindrique entraine le vilebrequin en rotation. Cette rotation est accompagnée d'un mouvement de la bielle aménagée entre le piston et le vilebrequin, comprenant une inclinaison de la bielle par rapport à l'axe de la chambre cylindrique, ladite inclinaison basculant d'un côte à l'autre par rapport à un plan vertical passant par l'axe de la chambre cylindrique et l'axe du vilebrequin, ce qui entraine des frottements du piston contre la paroi de la chambre cylindrique et donc des surconsommations d'énergie. Bref résumé de l'invention Un but de l'invention est de pallier cet inconvénient du troisième mode de mise en oeuvre. L'objet de l'invention est un système à taux de compression variable par variation de la cinématique de l'attelage mobile et permettant un déplacement du piston dans la chambre cylindrique avec une réduction importante des frottements du piston contre la paroi de la chambre. L'objet de l'invention est caractérisé plus particulièrement par un 10 système à taux de compression variable d'un moteur à combustion interne comprenant : -un piston monté mobile en coulissement dans une chambre cylindrique comportant un axe, -une bielle de piston connectée à une extrémité au piston, 15 -un dispositif de guidage sous forme de bras allongé s'étendant dans une chambre de bielles disposée sous la chambre cylindrique, le dispositif étant connecté par une extrémité à la bielle de piston et muni de moyens aptes à modifier le déplacement de ladite extrémité selon l'axe de la chambre cylindrique, 20 -un vilebrequin monté mobile en rotation dans la chambre de bielles, caractérisé en ce que le système comporte une bielle de vilebrequin reliant le dispositif de guidage au vilebrequin. Selon des caractéristiques particulières de l'invention : -l'extrémité du dispositif de guidage opposée à l'extrémité connectée à la 25 bielle de piston est montée mobile en pivotement autour d'un axe parallèle à l'axe du vilebrequin ; la bielle de vilebrequin est montée mobile en pivotement autour d'un axe disposé entre les deux extrémités du dispositif de guidage ; -l'axe de la bielle de vilebrequin est monté mobile en coulissement entre les deux extrémités du dispositif de guidage ; -le système comporte des moyens de coulissement entre les deux extrémités du dispositif de guidage connectés avec l'axe de pivotement de la bielle de vilebrequin ; -l'extrémité du dispositif de guidage est monté mobile en coulissement selon un axe sensiblement parallèle à l'axe de la chambre cylindrique ; -le système comporte des moyens de coulissement de l'extrémité du dispositif de guidage selon un axe sensiblement parallèle à l'axe de la chambre cylindrique, reliant la paroi de la chambre de bielles et l'extrémité du dispositif de guidage ; -l'axe de la chambre cylindrique est sensiblement décalé par rapport à un axe passant par l'axe de rotation du vilebrequin et parallèle à l'axe de la chambre cylindrique ; -l'axe de pivotement de la bielle de vilebrequin est disposé à l'extrémité du dispositif de guidage connectée à la bielle de piston ; -l'axe de rotation du vilebrequin est disposé dans le prolongement de l'axe de la chambre cylindrique ; D'autres aspects de l'invention vont être présentés dans la description qui suit en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif dans le but de bien comprendre l'invention et comment elle peut être réalisée. Brève description des figures La figure 1 est une vue schématique de dessus d'un carter cylindre d'un moteur à combustion interne.

La figure 2 est une vue schématique de coupe selon le plan AA selon un premier mode de réalisation. La figure 3 est une vue schématique de coupe selon le plan AA selon un deuxième mode de réalisation.

La figure 4 est une vue schématique de coupe selon le plan AA selon un troisième mode de réalisation. Description détaillée des figures Les descriptions qui suivent se réfèrent à l'axe longitudinal X sensiblement parallèle à l'axe de rotation du vilebrequin, l'axe transversal Y et vertical Z sensiblement parallèle à l'axe Z1 de la chambre cylindrique. Les mêmes éléments apparaissant dans des figures différentes gardent les mêmes références. Selon la figure 2, un moteur à combustion interne selon l'invention comprend une culasse 11 disposée au dessus d'un carter cylindre 13 comportant au moins une chambre cylindrique 16 débouchant dans une chambre de bielles 18. La chambre cylindrique est fermée à une extrémité haute par un plafond de chambre 12 aménagée dans la culasse 11. Dans la chambre cylindrique est monté mobile en coulissement selon un mouvement de va-et-vient un piston 14 qui est relié à une bielle de piston 17. Le piston se déplace entre un point mort haut à proximité du plafond de chambre et un point mort bas. La bielle de piston 17 est connectée d'un côté à un axe 15 lié au piston et de l'autre côté elle est montée mobile en pivotement autour d'un axe 20 20 sensiblement parallèle à l'axe de rotation d'un vilebrequin 19, l'axe 20 coopérant avec un dispositif de guidage 22. Le dispositif de guidage 22 est de manière préférentielle sous forme de bras allongé et s'étend sensiblement selon l'axe transversal Y dans la chambre de bielles. A une extrémité 28 du dispositif de guidage est aménagé l'axe de 25 pivotement 20 de la bielle 17 de piston. A l'autre extrémité 27, un axe 23 est disposé sensiblement parallèle à l'axe de rotation du vilebrequin, et est relié à un élément de la paroi de la chambre de bielles. Le dispositif de guidage est monté mobile en pivotement autour de l'axe 23.

Le dispositif de guidage 22 peut par exemple comporter une barre métallique sensiblement rectiligne. L'axe de pivotement 23 du dispositif de guidage 22 est monté mobile en coulissement selon un axe vertical sensiblement parallèle à l'axe de la chambre 5 cylindrique, relié à des moyens de déplacement 24 selon ledit axe. Lesdits moyens sont fixés par exemple à une paroi de la chambre de bielles 18, et peuvent être un vérin électrique ou une pompe associée à une électrovanne. Une bielle de vilebrequin 21 est aménagée entre le dispositif de guidage 22 et un maneton du vilebrequin 19. Ladite bielle est montée mobile en 10 pivotement par rapport au dispositif de guidage 22 autour d'un axe 25 qui est sensiblement parallèle à l'axe de rotation du vilebrequin et disposé entre les deux extrémités 27, 28 du dispositif de guidage selon un premier mode de réalisation présenté en figure 2. L'axe Z1 de la chambre cylindrique est sensiblement décalé par rapport 15 à un axe Z2 passant par l'axe de rotation du vilebrequin et parallèle à l'axe Z1 de la chambre cylindrique. La bielle de piston 17 peut avoir des déplacements longitudinaux d'une part selon l'axe Z1 de la chambre cylindrique suivant le coulissement du piston 14, et transversaux audit axe d'autre part, entrainée par la rotation du 20 vilebrequin 19. Les amplitudes des déplacements transversaux sont limitées par le dispositif de guidage 22. Ledit dispositif comporte une longueur qui peut être définie pour obtenir une inclinaison de la bielle de piston 17 la plus faible possible par rapport à l'axe Z1 de la chambre cylindrique dans ses déplacements. Les frottements du piston contre la paroi de la chambre 25 cylindrique 16 sont donc réduits tout au long du déplacement du piston. Le dispositif de guidage 22 agit comme un bras de levier par rapport à l'axe de pivotement 25 de la bielle 21 de vilebrequin. Tout déplacement dans un sens de l'extrémité 27 du dispositif de guidage 22 agit en sens opposé sur l'extrémité opposée 28 à laquelle est aménagé l'axe de pivotement de la bielle 30 de piston. L'axe 23 disposé à l'extrémité 27 est entrainé en coulissement selon l'axe vertical sensiblement parallèle à l'axe de la chambre cylindrique, ce qui a pour conséquence de modifier les points morts haut et bas du piston et donc en conséquence de modifier les taux de compression dans la partie de la chambre cylindrique 16 située entre le piston 14 et le plafond de chambre 12. Les moyens de déplacement 24 sont commandés par une unité de contrôle électronique 29. Ses actions sont commandées d'un cycle à l'autre selon les régimes du moteur. Selon un deuxième mode de réalisation représenté en figure 3, Le système comprend les mêmes éléments que dans le mode de réalisation précédent, excepté que l'axe de pivotement 25 de la bielle de vilebrequin est disposé entre les deux extrémités 27, 28 du dispositif de guidage 22, et monté mobile en coulissement entre les deux extrémités. Il est relié à des moyens de coulissement 26 commandés par une unité électronique de contrôle 29. L'axe 20 de pivotement de la bielle de piston est disposé à l'extrémité 28 du dispositif de guidage 22.

L'axe de pivotement 23 du dispositif de guidage 22 est fixé à un élément de paroi de la chambre de bielles 18. Il peut également être ainsi que dans le mode de réalisation précédent monté mobile en coulissement selon un axe vertical sensiblement parallèle à l'axe de la chambre cylindrique, relié à des moyens de déplacement 24 selon ledit axe. Cette dernière configuration n'est pas représentée. L'axe Z1 de la chambre cylindrique est sensiblement décalé par rapport à un axe passant par l'axe de rotation du vilebrequin et parallèle audit axe Zl. Le positionnement de l'axe de pivotement 25 sur le dispositif de guidage 22 permet de régler le bras de levier et donc le point mort haut et le point mort bas du piston et en conséquence une variation du taux de compression dans la partie de la chambre cylindrique 16 située entre le piston 14 et le plafond de chambre 12. Selon un troisième mode de réalisation représenté en figure 4, le système comprend les mêmes éléments que dans le premier mode de réalisation, mais l'axe de pivotement 25 de la bielle de vilebrequin 21 est sensiblement confondu avec l'axe de pivotement 20 de la bielle de piston 17, disposé à l'extrémité 28 du dispositif de guidage 22. A l'extrémité opposée, l'axe de pivotement 23 du dispositif de guidage 22 est relié à des moyens de déplacement 24 rectiligne selon une direction 5 sensiblement parallèle à l'axe de coulissement du piston, commandés par une unité de contrôle électronique 29. L'axe de rotation du vilebrequin est disposé de manière préférentielle dans le prolongement de l'axe Z1 de la chambre cylindrique. La bielle de piston est guidée dans son déplacement rectiligne selon 10 l'axe de coulissement du piston. L'inclinaison de ladite bielle 17 est réduite, ce qui diminue sensiblement les frottements entre le piston 14 et la paroi de la chambre cylindrique 16. Le déplacement de l'extrémité 27 du dispositif de guidage 22 dans un sens agit sur l'extrémité opposée 28 où est disposé l'axe de pivotement de la 15 bielle 17 de piston, ce qui a pour conséquence de modifier les points morts haut et bas du piston et donc en conséquence de modifier les taux de compression dans la partie de la chambre cylindrique 16 située entre le piston 14 et le plafond de chambre 12. L'objectif de l'invention est atteint, le guidage de la bielle de piston est 20 assuré par le dispositif de guidage 22 avec une réduction sensible des déplacements transversaux de la bielle 17 de piston par rapport à la direction de coulissement du piston, ce qui réduit les frottements entre le piston 14 et la paroi de la chambre cylindrique 16. L'invention n'est pas réduite aux modes de réalisation présentés ci-25 dessus et d'autres modes de réalisation peuvent être suggérés dans l'esprit de l'homme du métier, par exemple en utilisant d'autres moyens de déplacement du dispositif de guidage ou selon diverses directions de déplacement.

Claims

REVENDICATIONS1) Système (10) à taux de compression variable d'un moteur à combustion interne comprenant : -un piston (14) monté mobile en coulissement dans une chambre cylindrique (16), -une bielle de piston (17) connectée au piston, -un dispositif de guidage (22) sous forme de bras allongé s'étendant dans une chambre de bielles disposée sous la chambre cylindrique, le dispositif étant connecté par une extrémité (28) à la bielle de piston et muni de moyens aptes à modifier le déplacement du piston dans la chambre cylindrique, -un vilebrequin (19) monté mobile en rotation dans la chambre de bielles, caractérisé en ce que le système comporte une bielle (21) de vilebrequin reliant le dispositif de guidage au vilebrequin.
2) Système (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité (27) du dispositif de guidage opposée à l'extrémité (28) connectée à la bielle de piston est montée mobile en pivotement autour d'un axe parallèle à l'axe du vilebrequin,
3) Système (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bielle (21) de vilebrequin est montée mobile en pivotement autour d'un axe (25) disposé entre les deux extrémités (27, 28) du dispositif de guidage (22).
4) Système (10) selon la revendication 3, caractérisé l'axe (25) de la bielle de vilebrequin est monté mobile en coulissement entre les deux extrémités (27, 28) du dispositif de guidage.
5) Système (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système comporte des moyens de coulissement (26) entre les deux extrémités (27,28) du dispositif de guidage (22) connectés avec l'axe de pivotement (25) de la bielle (21) de vilebrequin.
6) Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'extrémité (27) du dispositif de guidage est monté mobile en coulissement selon un axe sensiblement parallèle à l'axe (Z1) de la chambre cylindrique.
7) Système (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système comporte des moyens de coulissement (24) de l'extrémité (27) du dispositif de guidage selon un axe sensiblement parallèle à l'axe (Z1) de la chambre cylindrique, reliant la paroi de la chambre de bielles et l'extrémité (27) du dispositif de guidage (22).
8) Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'axe (Z1) de la chambre cylindrique est sensiblement décalé par rapport à un axe (Z2) passant par l'axe de rotation du vilebrequin et parallèle à l'axe (Z1) de la chambre cylindrique.
9) Système (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe de pivotement (25) de la bielle de vilebrequin est disposé à l'extrémité (28) du dispositif de guidage (22) connectée à la bielle (17) de piston.
10)Système (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'axe de rotation du vilebrequin est disposé dans le prolongement de l'axe (Z1) de la chambre cylindrique.
11) Moteur à combustion interne équipé d'un système à taux de compression variable selon l'une des revendications 1 à 10.