FR3051857A1 - Bielle pour moteur a combustion a taux de compression variable et systeme motopropulseur correspondant - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une bielle (B) pour moteur thermique à taux de compression variable, comportant deux chambres hydrauliques, une première chambre hydraulique et une deuxième chambre hydraulique, l'alimentation en liquide des chambres hydrauliques étant assurée par un canal d'arrivée de liquide sous pression, leur décharge en liquide étant assurée par un clapet (CLA) comportant au moins une première position correspondant à un faible taux de compression apte à décharger la première chambre hydraulique, et une deuxième position correspondant à un fort taux de compression apte à décharger la deuxième chambre hydraulique, caractérisée en ce que le clapet (CLA) est apte à évoluer en translation dans un orifice (O) de la bielle (B) d'une position à l'autre par la seule influence d'un champ électromagnétique.

Description

Bielle pour moteur à combustion à taux de compression variable et système motopropulseur correspondant

La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l’automobile, et concerne plus précisément un système motopropulseur à combustion thermique dans lequel le taux de compression des pistons est variable.

Afin d’augmenter le rendement des moteurs à combustion ou moteurs thermiques, des systèmes de commande permettent de contrôler le taux de compression des gaz dans les chambres de combustion des cylindres de moteurs à combustion équipés d’un tel système. Ces systèmes permettent d’avoir un taux de compression optimal en fonction de la quantité de gaz dans les chambres à combustion, qui varie en fonction des conditions d’utilisation du véhicule.

Un tel système est décrit dans la demande de brevet US20150260094. Dans ce système, une excentrique sur une articulation de la bielle est actionnée par deux tiges montées chacune sur un piston d’appui évoluant dans un cylindre d’appui comportant une chambre hydraulique. Le mouvement des pistons d’appui permet de faire varier la position du piston de compression actionné par la bielle de façon asymétrique. Un gros piston d’appui évoluant dans l’un des cylindres d’appui amène le piston de compression dans le cylindre du moteur jusqu’à une position légèrement plus haute lorsque la chambre hydraulique correspondant à ce gros piston d’appui est remplie que lorsque le piston de compression arrive en position haute avec l’autre piston d’appui, plus petit. La décharge de la petite chambre hydraulique associée au petit piston d’appui pilote donc un fort taux de compression, et la décharge de la grosse chambre hydraulique associée au gros piston d’appui pilote un faible taux de compression.

En fonction du taux de compression mesuré, le taux de compression étant in fine assuré par les forces de masse et de combustion, le système décrit dans ce document permet donc d’assurer un fort taux de compression en bloquant la décharge de la grosse chambre hydraulique associée au mouvement dû à la force des gaz, et un plus faible taux de compression en bloquant la décharge de la petite chambre hydraulique associée au mouvement dû à la force d’inertie. L’alimentation des chambres hydrauliques, dans le système susmentionné, est assurée par l’huile de lubrification du moteur thermique. La décharge de l’une ou l’autre des chambres hydrauliques est bloquée par une vanne, cette vanne étant actionnée par un système extérieur à la bielle tel qu’un moteur électrique actionnant une vanne hydraulique comme décrit dans le document DE102012014917 du même déposant. Un tel système d’actionnement de la vanne de décharge des chambres hydrauliques est complexe, car il utilise un actionneur embarqué dans la bielle, cet actionneur étant piloté par son passage dans un guide non tournant et mobile piloté par le moteur électrique, ce qui engendre un bruit de glissement et de choc de l’actionneur sur le guide et de l’usure.

Le document DE102013210494 décrit un système similaire mais dans lequel la vanne de décharge des chambres hydrauliques est pilotée en faisant varier la pression de l’huile de lubrification du moteur. Ce système d’actionnement de la vanne de décharge des chambres hydrauliques a l’inconvénient de lier la pression de commande de la vanne à la pression de l’huile de lubrification, ce qui nécessite des compromis dans les choix de niveaux de pression de commande, afin qu’ils puissent être acceptables pour la lubrification du moteur. Ces niveaux de pression d’huile ne permettent pas une optimisation fine des taux de compression des gaz et de la lubrification.

Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant une bielle et un système motopropulseur permettant de faire varier le taux de compression des gaz d’un moteur à combustion, qui n’occasionnent que très peu de frottements mécaniques et n’influent pas sur la pression de lubrification du moteur. A cette fin, l'invention propose une bielle pour moteur à combustion à taux de compression variable comportant deux chambres hydrauliques, ladite bielle étant reliée à une excentrique actionnée par deux pistons d’appui évoluant chacun dans un cylindre d’appui comportant une desdites chambres hydrauliques, lesdites deux chambres hydrauliques correspondant à une première chambre hydraulique et une deuxième chambre hydraulique aptes à contrôler les mouvements de ladite bielle dus aux forces d’inertie ou de combustion, l’alimentation en liquide desdites chambres hydrauliques étant assurée par un canal d’arrivée de liquide sous pression dans ladite bielle, connecté à chacune desdites chambres hydrauliques, leur décharge en liquide étant assurée par un clapet intégré à ladite bielle, ledit clapet comportant au moins deux positions, une première position correspondant à un faible taux de compression apte à décharger ladite première chambre hydraulique, et une deuxième position correspondant à un fort taux de compression apte à décharger ladite deuxième chambre hydraulique, caractérisée en ce que ladite bielle comporte un orifice dans lequel ledit clapet est apte à évoluer en translation d’une desdites au moins deux positions à l’autre par la seule influence d’un champ électromagnétique, ledit clapet étant au moins partiellement en matériau ferromagnétique.

Grâce à l'invention, le clapet faisant office de vanne de décharge des chambres hydrauliques est pilotable avec très peu de frottements mécaniques, sans utiliser de système de commande complexe et sans changer la pression d’huile de lubrification du moteur.

Selon une caractéristique avantageuse de l’invention, ledit clapet est un clapet cylindrique en matériau ferromagnétique, à deux ou trois positions. Ainsi le clapet est simple de fabrication et permet, lorsqu’il comporte trois états, d’interdire la décharge des deux chambres hydrauliques dans une de ces trois positions. Lors de cet état intermédiaire, la commande du taux de compression est proportionnelle entre les deux chambres hydrauliques, ce qui permet un pilotage plus fin du taux de compression des gaz.

Ledit liquide sous pression est préférentiellement de l’huile de lubrification dudit moteur. On garde ainsi un système de commande simple des chambres hydrauliques.

Avantageusement, ledit orifice est à ouverture débouchante vers une paroi interne de carter dudit moteur.

Une telle variante de réalisation de ladite bielle facilite le passage du champ magnétique entre le clapet et des solénoïdes de commande qui sont par exemple fixés aux parois d’un carter du moteur.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l’invention, ledit clapet comporte des moyens de verrouillage mécanique ou hydromécanique dans au moins une desdites au moins deux positions. Ces moyens de verrouillage permettent de ne pas maintenir le champ magnétique dans les solénoïdes de commande du clapet une fois que celui-ci est arrivé à sa position de consigne. Il permet également de s’affranchir pour le clapet de l’utilisation de moyens de rappel qui sont soumis à une certaine usure. L'invention concerne aussi un système motopropulseur comportant un moteur à combustion à taux de compression variable, ledit moteur comportant au moins une bielle selon l’invention et deux solénoïdes solidaires d’une paroi interne de carter dudit moteur à combustion, de part et d’autre de ladite bielle et parallèlement à la direction longitudinale dudit clapet, ledit système motopropulseur comportant en outre : - des moyens d’alimentation en courant desdits solénoïdes. - et des moyens de pilotage dudit clapet, aptes à alimenter l’un ou l’autre desdits solénoïdes en courant en fonction d’une position de consigne dudit clapet.

Le système motopropulseur selon l’invention présente des avantages analogues à ceux de la bielle selon l’invention. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une première vue de face et en coupe d’une bielle selon l’invention, dans ce mode de réalisation préféré, - la figure 2 représente une deuxième vue de côté et en coupe d’une bielle selon l’invention, ainsi qu’un système motopropulseur selon l’invention, dans ce mode de réalisation préféré, - la figure 3 représente la décharge d’une chambre hydraulique de ladite bielle, dans ce mode de réalisation préféré, - la figure 4 est une vue de dessus d’un clapet commandant cette décharge, - la figure 5 est une vue de face du clapet commandant cette décharge, - et la figure 6 représente la décharge d’une chambre hydraulique de ladite bielle, dans une variante de réalisation de ce mode de réalisation préféré.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention représenté à la figure 1, le système motopropulseur selon l’invention comprend une bielle B selon l’invention, ainsi qu’un système de commande d’une vanne comprise dans la bielle B.

La bielle B comporte, au niveau de son pied, une excentrique EX à laquelle est maintenu un piston PI assurant la compression des gaz dans le cylindre correspondant du moteur. Une tige T2 fixée d’une part à une première oreille de l’excentrique EX et d’autre part via un piston d’appui à une grosse chambre hydraulique V2 montée dans le corps de la bielle B, ainsi qu’une tige T1 fixée d’une part à une deuxième oreille de l’excentrique EX opposée à la première oreille, et d’autre part via un piston d’appui à une petite chambre hydraulique V1 montée dans le corps de la bielle B, font évoluer le piston d’une position haute à une position basse, pour une même position du corps de la bielle B. La position haute est atteinte par la décharge de la petite chambre hydraulique V1 et le remplissage de la grosse chambre hydraulique V2, et permet l’atteinte d’un fort taux de compression, tandis que la position basse est atteinte par la décharge de la grosse chambre hydraulique V2 et le remplissage de la petite chambre hydraulique V1, et permet l’atteinte d’un faible taux de compression, pour une même quantité de gaz présente dans la chambre de combustion du cylindre. L’alimentation des chambres hydrauliques V1 et V2 est assurée par l’huile de lubrification du moteur à combustion. Une pompe P permet d’amener sous pression cette huile par de petits conduits jusqu’à la tête de la bielle B, au niveau d’une rainure d’alimentation RA dans les demi-coussinets du maneton MAN du vilebrequin sur lequel est monté la bielle B. D’autres conduits creusés dans le corps de la bielle B permettent d’amener l’huile de lubrification sous pression depuis la rainure d’alimentation RA dans les deux chambres hydrauliques V1 et V2 depuis deux canaux différents d’alimentation, un pour chacune des chambres hydrauliques V1 et V2. Chacun de ces canaux comporte une valve anti-retour, respectivement la valve VAR1 pour la petite chambre hydraulique V1, et la valve VAR2 pour la grosse chambre hydraulique V2.

La décharge en huile des chambres hydrauliques V1 et V2 s’effectue par des canaux distincts des canaux d’alimentation des chambres hydrauliques V1 et V2, au moins sur une portion du circuit de décharge s’étendant depuis l’amont des valves anti-retour jusqu’à la sortie d’une vanne donnant sur un conduit menant à la rainure d’alimentation RA. La vanne est un clapet CLA cylindrique à deux entrées et une sortie évoluant longitudinalement dans un orifice O lui-même cylindrique du corps de la bielle B.

Comme visible sur la figure 2, le clapet CLA est disposé co-axialement à Taxe de rotation du maneton, donc à l’axe de rotation du vilebrequin, c’est-à-dire qu’il travers la bielle B sur son épaisseur. De plus le clapet CLA est constitué au moins en partie de matériau ferromagnétique. Ainsi sa position dans l’orifice O est pilotable par deux solénoïdes S1 et S2 fixés de part et d’autre du clapet CLA et parallèlement à l’axe longitudinal du clapet CLA, aux parois du carter cylindre CAR du moteur à combustion. En variante ces solénoïdes sont par exemple fixés dans la semelle du moteur à combustion, ou dans le carter chapeau du moteur à combustion, ou encore dans le carter d’huile du moteur à combustion. Ils sont de plus fixés préférentiellement de manière à ce que le noyau de chaque solénoïde soit en vis en vis de l’épaisseur de la bielle B, afin que le champ magnétique émis par le solénoïde attire efficacement le clapet CLA.

Le clapet CLA évolue sous l’action du champ magnétique émis par le solénoïde S1, vers une première position représentée à la figure 3. Dans cette première position, le canal de décharge de la grosse chambre hydraulique V2 est connecté à une première entrée du clapet CLA, ce qui permet la décharge de la grosse chambre hydraulique V2 dans la rainure d’alimentation RA. Le canal de décharge de la petite chambre hydraulique V1 est en revanche non connecté à une entrée du clapet CLA dans cette première position, la chambre hydraulique V1 ne peut donc se décharger. Cette première position pilote donc un faible taux de compression des gaz. L’alimentation du solénoïde S2 permet d’amener le clapet CLA dans une deuxième position, non représentée. Dans cette deuxième position, le canal de décharge de la petite chambre hydraulique V1 est connecté à la deuxième entrée du clapet CLA, ce qui permet la décharge de la petite chambre hydraulique V1 dans la rainure d’alimentation RA. Le canal de décharge de la grosse chambre hydraulique V2 est en revanche non connecté à une entrée du clapet CLA dans cette deuxième position, et ne peut donc se décharger. Cette deuxième position pilote donc un fort taux de compression des gaz.

La sélection de la première position du clapet CLA est donc assurée par l’alimentation du solénoïde S1, et la sélection de la deuxième position du clapet CLA par l’alimentation du solénoïde S2. L’alimentation en courant des solénoïdes S1 et S2 est réalisée par un circuit électrique CE, alimenté par une batterie BATT. Le circuit électrique CE est contrôlé par une unité de commande électronique DEC, qui en fonction de mesures MES du taux de compression des gaz, commande l’alimentation du solénoïde S1 ou du solénoïde S2 en fonction du taux de compression souhaité.

Le maintien du clapet CLA dans la première position est assuré, dans ce mode préféré de l’invention, par un moyen de verrouillage MV, ici un dispositif de retenue à bille, visible sur la figure 4. Ce dispositif de retenue à bille MV comporte un ressort dont une extrémité est fixée à une bille. Lorsque le clapet CLA est attiré par le solénoïde S1 dans la première position, le dispositif de retenu MV bloque le clapet CLA dans cette position grâce à un évidement correspondant du clapet CLA dans lequel s’encastre la bille. De même lorsque le clapet CLA est attiré par le solénoïde S2 dans la deuxième position, le dispositif de retenu MV bloque le clapet CLA dans cette position grâce à un autre évidement EV correspondant dans lequel s’encastre la bille.

Sur cette figure 4 sont également visibles les deux entrées OT1 et OT2 du clapet CLA, OT2 correspondant â une ouverture traversante du clapet accessible au canal de décharge DV2 de la grosse chambre hydraulique V2 dans la première position du clapet CLA, et OT1 correspondant à une ouverture traversante accessible au canal de décharge DV1 de la petite chambre hydraulique V1 dans la deuxième position du clapet CLA. Sur la figure 5 sont représentées les positions des canaux de décharge DV1 et DV2 de la petite chambre hydraulique V1 et de la grosse chambre hydraulique V2 par rapport au clapet dans la première position de celui-ci.

Dans cette première position un canal AH d’arrivée et de sortie d’huile de lubrification est connecté en sortie du clapet CLA à l’ouverture traversante OT2 et communique donc avec le canal de décharge DV2 de la grosse chambre hydraulique V2, tandis que l’huile du canal de décharge DV1 de la petite chambre hydraulique V1 est bloquée en sortie de l’ouverture traversante OT1 par une paroi interne de l’orifice O.

Dans la deuxième position du clapet CLA, le canal AH d’arrivée et de sortie d’huile de lubrification est connecté en sortie du clapet CLA à l’ouverture traversante OT1 et communique donc avec le canal de décharge DV1 de la petite chambre hydraulique V1, tandis que l’huile du canal de décharge DV2 de la grosse chambre hydraulique V2 est bloquée en sortie de l’ouverture traversante OT2 par la paroi interne de l’orifice O. Afin d’éviter à l’orifice O de se remplir de fuites d’huile, un canal débouchant de l’orifice O vers l’extérieur de la bielle B est éventuellement prévu, par exemple au niveau de la paroi latérale du corps de la bielle B. En variante, l’orifice O est lui-même débouchant sur une paroi latérale du corps de bielle B. Dans cette dernière variante, un limiteur permet néanmoins d’empêcher le clapet CLA de sortir de la bielle B.

La figure 6 représente une variante de réalisation de l’invention dans laquelle on utilise un clapet CLA2 présentant trois états possibles correspondant à trois positions possibles. Dans cette variante de réalisation, l’alimentation du solénoïde S1 amène le clapet CLA2 dans une première position, correspondant à la décharge de la grosse chambre hydraulique V2, de façon analogue à la variante principale de réalisation de l’invention. De même, l’alimentation du solénoïde S2 amène le clapet CLA2 dans une deuxième position, correspondant à la décharge de la petite chambre hydraulique V1, de façon analogue à la variante principale de réalisation de l’invention. En revanche, une troisième position intermédiaire entre la première position et la deuxième position du clapet CLA2 est atteignable par celui-ci dans cette variante de réalisation de l’invention. Cette troisième position est atteignable par l’alimentation du solénoïde S1 ou S2 en fonction d’une position précédente du clapet CLA. Dans cette troisième position, l’huile des canaux de décharge DV1 et DV2 est bloquée par la paroi interne de l’orifice O. Les chambres hydrauliques V1 et V2 ne peuvent alors plus se décharger, permettant un pilotage proportionnel du taux de compression des gaz, c’est-à-dire une variation continue du taux entre une borne minimale et une borne maximale. Le tableau ci-dessous illustre la commande des solénoïdes S1 ou S2 en fonction d’un état précédent du clapet CLA et un état de consigne du clapet CLA correspondant à une volonté de variation du taux de compression :

Il est à noter que d’autres variantes de réalisation sont bien entendu envisageables, notamment d’autres circuits de décharge des chambres hydrauliques sont possibles. Par exemple dans une variante de réalisation, les chambres hydrauliques ne se déchargent pas dans le circuit de lubrification de l’huile moteur, mais dans un réservoir d’huile aménagé dans le corps de la bielle et débouchant en hauteur au niveau du pied de la bielle, afin d’éviter les fuites d’huile. De plus le clapet utilisé est cylindrique dans ce mode de réalisation de l’invention, mais d’autres formes sont envisageables, par exemple en forme de pavé droit. De même les ouvertures traversantes du clapet sont réalisables différemment, par exemple l’ouverture traversante OT1 peut être réalisée en biais par rapport à l’axe longitudinal du clapet, conformément à la représentation schématique des passages du clapet à la figure 1. De plus en variante le clapet est positionné en tête de bielle sous le maneton, et les solénoïdes sont alors positionnés dans les chapeaux de palier ou sur la paroi du carter d’huile du moteur. Enfin il est possible en variante de modifier l’excentricité fixée en tête de la bielle pour que la décharge de la grosse chambre hydraulique pilote le fort taux de compression plutôt que le faible taux de compression comme dans ce mode préféré de réalisation de l’invention.

Claims (6)

1. REVENDICATIONS

   1. Bielle (B) pour moteur à combustion à taux de compression variable comportant deux chambres hydrauliques, ladite bielle étant reliée à une excentrique actionnée par deux pistons d’appui évoluant chacun dans un cylindre d’appui comportant une desdites chambres hydrauliques, lesdites deux chambres hydrauliques (V1, V2) correspondant à une première chambre hydraulique (V2) et une deuxième chambre hydraulique (V1) aptes à contrôler les mouvements de ladite bielle (B) dus aux forces d’inertie ou de combustion, l’alimentation en liquide desdites chambres hydrauliques (V1, V2) étant assurée par un canal d’arrivée de liquide sous pression dans ladite bielle (B), connecté à chacune desdites chambres hydrauliques (V1, V2), leur décharge en liquide étant assurée par un clapet (CLA) intégré à ladite bielle (B), ledit clapet (CLA) comportant au moins deux positions, une première position correspondant à un faible taux de compression apte à décharger ladite première chambre hydraulique (V2), et une deuxième position correspondant à un fort taux de compression apte à décharger ladite deuxième chambre hydraulique (V1), caractérisée en ce que ladite bielle (B) comporte un orifice (O) dans lequel ledit clapet (CLA) est apte à évoluer en translation d’une desdites au moins deux positions à l’autre par la seule influence d’un champ électromagnétique, ledit clapet (CLA) étant au moins partiellement en matériau ferromagnétique.
2. 2. Bielle (B) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit clapet (CLA) est un clapet cylindrique en matériau ferromagnétique, à deux ou trois positions.
3. 3. Bielle (B) selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que ledit liquide sous pression est de l’huile de lubrification dudit moteur.
4. 4. Bielle (B) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit orifice (O) est à ouverture débouchante vers une paroi interne de carter (CAR) dudit moteur.
5. 5. Bielle (B) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit clapet (CLA) comporte des moyens de verrouillage mécanique (MV) ou hydromécanique dans au moins une desdites au moins deux positions.
6. 6. Système motopropulseur comportant un moteur à combustion à taux de compression variable, ledit moteur comportant au moins une bielle (B) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 et deux solénoïdes (S1, S2) solidaires d’une paroi interne de carter (CAR) dudit moteur à combustion, de part et d’autre de ladite bielle (B) et parallèlement à la direction longitudinale dudit clapet (CLA), ledit système motopropulseur comportant en outre : - des moyens d’alimentation (CE) en courant desdits solénoïdes, - et des moyens de pilotage (UEC) dudit clapet, aptes à alimenter l’un ou l’autre desdits solénoïdes (S1, S2) en courant en fonction d’une position de consigne dudit clapet (CLA).