FR3058467A1 - Moteur a combustion interne muni d'un systeme a embiellage multi-bras compact - Google Patents

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Abstract

L'invention porte sur un moteur à combustion interne, comportant: - un carter (100), - un vilebrequin (1) monté dans ledit carter (100), - un piston (5) mobile en translation à l'intérieur d'un cylindre du carter (100), et comportant en outre un système (14) comprenant: - une bielle principale (4) reliée au piston (5), -une seconde bielle (2) reliée à un maneton du vilebrequin (1), - la bielle principale (4) et la seconde bielle (2) étant accouplées par un premier axe (6), - au moins une biellette (3) reliée par un deuxième axe (7), au maneton du vilebrequin (1), et - cette au moins une biellette (3) étant reliée par un troisième axe (8) au carter (100), - ledit système étant configuré de sorte que le premier axe (6) de liaison entre la bielle principale (4) et la seconde bielle (2) pénètre dans le cylindre au point mort haut.

Description

Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
164) MOTEUR A COMBUSTION INTERNE MUNI D'UN SYSTEME A EMBIELLAGE MULTI-BRAS COMPACT.
FR 3 058 467 - A1
16£) L'invention porte sur un moteur à combustion interne, comportant:
- un carter (100),
- un vilebrequin (1 ) monté dans ledit carter (100),
- un piston (5) mobile en translation à l'intérieur d'un cylindre du carter (100), et comportant en outre un système (14) comprenant:
- une bielle principale (4) reliée au piston (5),
-une seconde bielle (2) reliée à un maneton du vilebrequin (1),
- la bielle principale (4) et la seconde bielle (2) étant accouplées par un premier axe (6),
- au moins une biellette (3) reliée par un deuxième axe (7), au maneton du vilebrequin (1), et
- cette au moins une biellette (3) étant reliée par un troisième axe (8) au carter (100),
- ledit système étant configuré de sorte que le premier axe (6) de liaison entre la bielle principale (4) et la seconde bielle (2) pénètre dans le cylindre au point mort haut.
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE MUNI D'UN SYSTEME A EMBIELLAGE MULTI-BRAS COMPACT [0001] La présente invention porte sur un moteur à combustion interne muni d'un système à embiellage multi-bras compact. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles.
[0002] Il existe de nombreuses architectures multi-bras qui sont majoritairement utilisées pour réaliser des moteurs à taux de compression ou cylindrée variable mais également des moteurs à détente prolongée. De telles architectures sont par exemple décrites dans les documents JP2010185328 ou EP1154134. Toutefois, ces arrangements sont soit plus hauts, soit plus larges qu’un moteur conventionnel à bielle-manivelle, du fait du désaxage important du vilebrequin ou de la biellette de pilotage.
[0003] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un moteur à combustion interne, comportant:
- un carter,
- un vilebrequin monté dans ledit carter, ledit vilebrequin comportant un axe de rotation,
- un piston mobile en translation à l'intérieur d'un alésage d'un cylindre ménagé dans ledit carter, entre un point mort haut et un point mort bas, ledit moteur à combustion interne comporte en outre un système d'embiellage multi-bras comprenant:
- une bielle principale reliée au piston,
- une seconde bielle reliée à un maneton du vilebrequin,
- la bielle principale et la seconde bielle étant accouplées par un premier axe,
- au moins une biellette reliée par un deuxième axe, distinct du premier axe, à la seconde bielle, et
- cette au moins une biellette étant reliée par un troisième axe au carter,
- ledit système d'embiellage multi-bras étant configuré de telle façon que le premier axe de liaison entre la bielle principale et la seconde bielle pénètre dans le cylindre lorsque le piston mobile se situe au point mort haut.
[0004] L'invention permet ainsi d’augmenter la course d’un piston du moteur sans modifier la position des axes du vilebrequin et des cylindres par rapport à un moteur de référence de type bielle-manivelle. L'invention permet donc de réaliser un moteur plus compact ou de plus grande cylindrée dans le même encombrement qu’un système conventionnel.
[0005] Selon une réalisation, le deuxième et le troisième axe sont reliées par deux biellettes parallèles l'une par rapport à l'autre et séparées entre elles par un espace dans lequel est apte à évoluer une partie de ladite seconde bielle lors d'une phase de remontée dudit piston mobile.
[0006] Selon une réalisation, les axes des liaisons entre la bielle principale et la seconde bielle ainsi que la liaison entre la seconde bielle et la au moins une biellette sont formés par un cylindre aux extrémités duquel viennent s’insérer des pièces de type bouchons.
[0007] Selon une réalisation, un ratio entre une course du piston mobile divisée par une longueur d'alésage est de l'ordre de 1,5 pour une configuration du moteur à combustion interne à cylindrée augmentée, ou de l'ordre de 1,2 pour une configuration du moteur à combustion interne compact.
[0008] Selon une réalisation :
-le deuxième axe, le troisième axe, l’axe de rotation du vilebrequin, et un axe du maneton, forment un quadrilatère articulé à quatre barres,
- une première barre s'étendant entre l'axe de rotation du vilebrequin et l'axe du maneton,
- une deuxième barre s'étendant entre l'axe du maneton et le deuxième axe,
- une troisième barre s'étendant entre le deuxième axe et le troisième axe, et
- une quatrième barre s'étendant entre le troisième axe et l'axe de rotation du vilebrequin.
[0009] Selon une réalisation, une valeur optimale d'un ratio entre une longueur de la première barre divisée par une course du piston mobile est comprise entre 0,3 et 0,35.
[0010] Selon une réalisation, la valeur d'une longueur de la deuxième barre est la valeur minimum supérieure à une longueur de la première barre garantissant la tenue mécanique du deuxième axe, la valeur de ladite longueur de la deuxième barre étant choisie de telle façon que le ratio entre ladite longueur de la deuxième barre divisée par la longueur d'alésage est compris entre 0,62 et 0,73.
[0011] Selon une réalisation, un angle entre ladite quatrième barre et un plan perpendiculaire à un axe du cylindre est compris entre 11 degrés et 30 degrés.
[0012] Selon une réalisation, une longueur de la troisième barre est comprise entre deux valeurs limites correspondant à la valeur de la longueur de la quatrième barre plus ou moins la différence entre la longueur de la deuxième barre et la longueur de la première barre.
[0013] Selon une réalisation, une cinquième barre supportant ledit premier axe est liée à ladite deuxième barre et en ce qu'une longueur de ladite cinquième barre est égale à une moyenne entre les longueurs de ladite première et de ladite deuxième barre.
[0014] Selon une réalisation, ladite cinquième barre forme un angle a par rapport à ladite deuxième barre compris entre 70 degrés et 110 degrés, l’angle a étant défini tel que le premier axe est aligné avec le centre du vilebrequin, l'axe du maneton, et un axe du piston mobile au point mort haut.
[0015] Selon une réalisation, une sixième barre connecte ledit piston mobile au reste du système via ledit premier axe.
[0016] Selon une réalisation, pour un moteur compact ayant un ratio entre une course du piston mobile divisé par la longueur d'alésage identique à un moteur de référence, une valeur optimale du ratio entre une longueur de ladite sixième barre divisée par ladite longueur de ladite première barre est comprise entre 2,4 et 3,1.
[0017] Selon une réalisation, pour un moteur à cylindrée augmentée ayant un ratio entre une course du piston mobile divisée par la longueur d'alésage d’environ 1,5, une valeur optimale du ratio entre une longueur de la sixième barre divisée par ladite longueur de ladite première barre est comprise entre 2,8 et 3,5.
[0018] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0019] La figure 1 est une représentation en coupe transversale d'un cylindre de moteur à combustion interne embarquant un système d'embiellage multi-bras selon l'invention;
[0020] La figure 2 est une représentation en perspective du système d'embiellage multibras selon l'invention;
[0021] La figure 3 est une vue en coupe illustrant la définition d'un quadrilatère articulé à quatre barres pour le système d'embiellage multi-bras selon l'invention;
[0022] La figure 4 est une représentation en coupe illustrant les cadrans permettant de définir différents types de cinématiques pour le système d'embiellage multi-bras selon l'invention;
[0023] La figure 5 est une représentation schématique illustrant les cinématiques des axes du système d'embiellage multi-bras dans les différents cadrans de la figure 4 lorsque le moteur à combustion interne est en fonctionnement selon l'invention;
[0024] Les figures 6a à 6c illustrent des cinématiques pour différentes valeurs de longueurs de barres formant un quadrilatère articulé associé au système d'embiellage multi-bras selon l'invention;
[0025] La figure 7 est une vue en coupe du système d'embiellage multi-bras selon l'invention illustrant une entrée du premier axe à l'intérieur du cylindre au niveau du point mort haut;
[0026] La figure 8 est une vue en coupe du système d'embiellage multi-bras selon l'invention illustrant la position de la bielle principale par rapport au maneton durant la première partie de la descente du piston mobile dans le cylindre;
[0027] La figure 9a est une représentation graphique, en fonction de l'angle vilebrequin, des efforts subis par l'axe entre la bielle principale et la bielle double et d'une vitesse de rotation de cet axe illustrant la plage de transmission d'efforts majoritairement au vilebrequin;
[0028] La figure 9b est une représentation graphique des efforts subis par le piston et une inclinaison de la bielle principale illustrant la plage de transmission d'efforts faibles sur la bielle principale en fin de combustion;
[0029] Les figures 10a est une représentation en coupe longitudinale du système d'embiellage multi-bras selon l'invention illustrant une cinématique de descente du piston mobile à l'intérieur du cylindre;
[0030] Les figures 10b et 10c sont des représentations en coupe longitudinale et en perspective du système d'embiellage multi-bras selon l'invention illustrant le passage d'une des vis du chapeau de la bielle double dans un espace entre les deux biellettes;
[0031] La figure 11 est une représentation en coupe longitudinale du système d'embiellage multi-bras selon l'invention illustrant une cinématique de montée du piston mobile à l'intérieur du cylindre;
[0032] Les figures 12a et 12b sont des représentations en perspective du système d'embiellage multi-bras selon l'invention illustrant respectivement une position du piston mobile en point mort bas et en point mort haut sans le cylindre;
[0033] La figure 13 est une vue en perspective éclatée d'un dispositif à bouchon utilisés pour bloquer un mouvement des bielles montées sur les axes du système d'embiellage multi-bras selon l'invention.
[0034] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
[0035] Dans la description qui suit, on considère que, pour un moteur en condition d'utilisation installé dans un véhicule, l'axe X correspond à l'axe d'allongement longitudinal du moteur, l'axe Y correspond à un axe transversal, et l'axe Z est un axe vertical sensiblement perpendiculaire au plan formé par les axes X et Y. L'orientation de ces axes est montrée sur la figure 2.
[0036] Les figures 1 et 2 montrent un moteur à combustion interne, notamment de véhicule automobile comportant un vilebrequin 1 positionné dans un carter 100. L'axe de rotation X1 du vilebrequin 1 est localisé au même endroit que le moteur bielle-manivelle qu’il pourrait remplacer afin de conserver les accouplements avec la boîte de vitesses et l’entraînement des accessoires. Le moteur comporte en outre un piston mobile 5 d'axe X3 destiné à être animé d’un mouvement de translation entre un point mort haut et un point mort bas à l'intérieur d'un alésage A d'un cylindre ménagé dans le carter 100 suivant le même axe que le moteur bielle-manivelle qu’il pourrait remplacer. Pour garantir la compacité, l'alésage A du cylindre est inférieur ou égal à celui du moteur remplacé. Un alésage A identique permet de conserver la même chambre de combustion et donc de reconduire la même culasse que le moteur de référence.
[0037] En outre, le moteur à combustion interne comporte un système d'embiellage multi-bras 14 comprenant une bielle principale 4 reliée par une de ses extrémités au piston 5 par une liaison pivot et accouplée à l’autre de ses extrémités, au niveau d’un premier axe 6 par une liaison pivot à une seconde bielle, ici une bielle double 2 reliée à un maneton du vilebrequin 1 et à au moins un biellettes, ici deux biellettes 3 via un deuxième axe 7. Un troisième axe 8 relie les deux biellettes 3 au carter 100. La seconde bielle comprend donc trois liaisons pivot : la liaison maneton / seconde bielle, la liaison bielle principale / seconde bielle et la liaison seconde bielle / biellettes.
[0038] Comme cela est illustré sur la figure 3, l’axe X1 du vilebrequin 1, l’axe X2 du maneton, ainsi que les deuxième et troisième axes 7 et 8 forment un quadrilatère communément appelé mécanisme à quatre barres ou quadrilatère articulé. Ce système 14 comprend trois barres mobiles de longueur Lb L2, L3 correspondant aux éléments 1, 2 et 3, la quatrième étant le bâti 100 de longueur Lo. Plus précisément, une première barre de longueur Lt s'étend entre l'axe de rotation X1 du vilebrequin 1 et l'axe X2 du maneton, une deuxième barre de longueur L2 s'étend entre l'axe X2 du maneton et le deuxième axe
7, une troisième barre de longueur L3 s'étend entre le deuxième axe 7 et le troisième axe
8, et une quatrième barre de longueur Lo s'étend entre le troisième axe 8 et l'axe de rotation X1 du vilebrequin 1.
[0039] Ce système 14 à quatre barres est à la base de la cinématique du moteur selon l'invention. Deux autres barres sont ajoutées pour compléter le système 14. Une barre de longueur L2· qui s'étend entre l'axe X2 du maneton et le premier axe 6 et une barre longueur L4 de qui s’étend entre l’axe X3 de la liaison pivot piston / bielle principale et le premier axe 6. La barre de longueur L2 forme un angle a avec la barre de longueur L2·. La bielle de longueur L4 connecte le piston mobile 5 au reste du système 14 via le premier axe 6.
[0040] Afin d’obtenir le moteur le plus compact possible, on sélectionne un arrangement entre les éléments qui permet de maximiser la course du moteur, c’est-à-dire la distance entre la position haute du premier axe 6 et la position basse du premier axe 6 durant une rotation du vilebrequin 1. Suivant cet arrangement, le système d'embiellage multi-bras 14 est configuré de telle façon que le premier axe 6 de liaison entre la bielle principale 4 et la bielle double 2 pénètre dans le cylindre lorsque le piston mobile 5 se situe au point mort haut.
[0041] Par ailleurs, étant donné que la course du moteur est augmentée (moteur à plus forte cylindrée) ou décalée vers le bas (moteur plus compact), il est nécessaire de réduire l’encombrement du vilebrequin 1 par rapport au moteur de référence pour permettre aux pistons 5 de descendre plus bas dans le moteur. La cinématique du système 14 à quatre barres doit être conçu pour augmenter la course du moteur et faire également entrer le premier axe 6 dans le cylindre, tout en ayant un vilebrequin 1 plus petit que celui du moteur de référence.
[0042] Les équations régissant le système à quatre barres sont bien connues (Base des mécanismes articulés - Quadrilatère articulé, Technique de l’ingénieur, réf. AF1671, JeanPierre BROSSARD, 10/01/2014).
[0043] Comme cela est représenté sur la figure 4, on divise le bas du moteur en quatre cadrans (A, B, C, D) avec au centre du cadran l’axe X1 du vilebrequin 1, le vilebrequin 1 tournant dans le sens trigonométrique. Les cadrans sont définis par l'intersection d'un premier plan P1 horizontal passant par l'axe X1 du vilebrequin 1 et d'un deuxième plan P2 vertical passant par l'axe X1 du vilebrequin 1.
[0044] Sur les schémas des figures 5 à 6c, C6 correspond à la courbe de position du premier axe 6, C7 correspond à la courbe de position du deuxième axe 7, P8 représente la position du troisième axe 8, C6· correspond à la courbe de position alternative du deuxième axe 6, et C7· correspond à la courbe de position alternative du deuxième axe 7. La courbe circulaire en pointillée portant la référence Cman correspond à la position du maneton.
[0045] Pour chaque configuration (mêmes longueurs de barres et une même position du troisième axe 8), il existe deux cinématiques possibles (quadrilatère convexe et croisé). Comme cela est représenté sur la figure 5, on sélectionne à chaque fois la cinématique la plus pertinente au regard des besoins mécaniques. L’autre configuration est nommée alternative. Seuls les systèmes dont un troisième axe 8 est situé dans les cadrans A et B peuvent donner des cinématiques pertinentes vis-à-vis des besoins. Les cadrans C et D donnent des cinématiques dont certaines barres se croisent. Dans ce cas, les biellettes 3 doivent notamment être écartées pour laisser passer la bielle principale 4 et le premier axe 6, ce qui rend le système 14 complexe et encombrant suivant l’axe X.
[0046] Les solutions du cadran B permettent une détente rapide avec un premier axe 6 qui reste proche de l’axe du cylindre. Mais ces solutions appliquent de fortes contraintes mécaniques sur le deuxième axe 7. Cet axe 7 devra être large pour supporter les efforts, ce qui oblige à augmenter la taille du système 14 suivant l’axe X. Seules les solutions ayant un troisième axe 8 dans le cadran A permettent d’avoir un système 14 compact suivant les critères définis précédemment.
[0047] Pour un moteur plus compact que le moteur de référence avec des gains suivant l’axe Z à iso-encombrement suivant les axes X et Y, le ratio entre une course C du piston mobile 5 divisée par une longueur d'alésage A, est le même que celui du moteur de référence, compris entre 1 et 1,2.
[0048] Pour un moteur à cylindrée augmentée par la course C avec le même alésage A que le moteur de référence et un encombrement inférieur ou égale à celui du moteur de référence suivant les axes X, Y et Z, l'invention permet d’atteindre un ratio entre la course C du piston mobile 5 divisée par la longueur d'alésage A de l'ordre de 1,5.
[0049] Définition de la longueur h [0050] Comme détaillé précédemment, l’objectif est de maximiser la course du moteur et/ou de gagner en compacité. Pour cela, on augmente la longueur des cylindres pour tolérer la course augmentée et/ou descendre la position du cylindre par rapport au vilebrequin 1. Dans tous les cas, on réduit la taille du vilebrequin 1. Dans le même temps, le rayon du mouvement de manivelle produit par le vilebrequin 1 est de premier ordre sur la course du moteur. Il existe donc un compromis sur la valeur de la longueur Lt du rayon de manivelle. Pour les deux applications de moteur à cylindrée augmentée (C/A d’environ 1,5) ou plus compact (C/A d’environ 1,2), la valeur optimale de L^C se situe entre 0,3 et 0,35 contre une valeur légèrement supérieure ou égale à 0,5 pour un moteur conventionnel (en fonction du désaxage en Y des cylindres par rapport à l’axe X1 du vilebrequin 1).
[0051] Dans un mécanisme à quatre barres, pour conserver une barre qui tourne et une barre qui oscille, la barre tournante de longueur h doit être la plus petite des quatre barres. Les barres de longueur L2, L3 et Lo sont donc plus grandes que la longueur Lt dans le système 14 selon l'invention.
[0052] Définition de la longueur L?
[0053] La longueur L2 a une forte influence sur la cinématique du système 14 dans la mesure où cette longueur influence le mouvement de rotation de la bielle double 2. C’est ce mouvement de rotation qui fait tourner le premier axe 6 autour du maneton lors du cycle et modifie la course du piston 5 par rapport à un système bielle-manivelle classique.
[0054] Pour maximiser l’impact du système 14 à quatre barres sur la cinématique, la longueur L2 doit être la plus faible possible, c’est-à-dire se rapprocher de la longueur Lv
Un exemple de cinématiques pour deux valeurs différentes de L2 est donné sur la figure 6a. La valeur la plus faible de L2 correspond aux traits continus C6 et la plus élevée aux traits pointillés C6·. Le fait de réduire la valeur L2 permet à la fois d’augmenter la course et de réduire le déplacement suivant Y du premier axe 6 proche du point mort haut, ce qui réduit les risques d’interférence de la bielle principale 4 et du premier axe 6 avec le bas du cylindre en début de descente du piston 5 et facilite l’entrée du premier axe 6 dans le cylindre.
[0055] Néanmoins, le fait de réduire la valeur de la longueur L2 augmente l’effet bras de levier (rapport entre L2 et L2) et contraint plus fortement le deuxième axe 7. La valeur de la longueur L2 est donc la valeur minimum (supérieure à la longueur L^ garantissant la tenue mécanique du deuxième axe 7. Les efforts maximums admissibles dans les axes sont liés à l’ordre 1 à la largeur de ces axes. La largeur des premier et deuxième axes 6, 7 est limitée par le passage de ces axes 6, 7 entre les contrepoids du vilebrequin 1. La largeur du deuxième axe 7 est liée à la longueur du vilebrequin 1 et donc indirectement à l’alésage A. Pour les deux applications de moteur à cylindrée augmentée (C/A d’environ 1,5) ou compact (C/A d’environ 1,2), le ratio L2/A doit être compris entre 0,62 et 0,73.
[0056] Position de l'axe 8 et définitions des longueurs L^et L3 [0057] L’angle β entre la barre de longueur Lo et un plan P3 perpendiculaire à un axe du cylindre parallèle à l’axe de translation du piston dans ce cylindre doit être compris 11 degrés et 30 degrés. Afin de maximiser la compacité du moteur et faciliter le passage du premier axe 6 dans le cylindre, la position du troisième axe 8 doit être la plus éloignée possible du centre du vilebrequin 1. Le troisième axe 8 doit donc être positionné en limite du domaine acceptable pour un angle β compris entre 11 degrés et 30 degrés. Ceci revient à dire que la valeur de la longueur Lo doit être la plus grande possible tout en veillant à ce que le troisième axe 8 soit positionné dans l’enveloppe du carter d'un moteur série de référence. Dans le cas de l'invention, le rapport Lo/Lî est compris entre 2,5 et 3,5.
[0058] Dans le mécanisme à quatre barres étudié, la barre de longueur L3 doit être comprise entre deux valeurs limites Lo ± (L^LO. Etant donné que la longueur L2 doit être proche de la longueur L! tel que détaillé précédemment, la gamme de variation possible de la longueur L3 est réduite à quelques millimètres autour de la valeur de la longueur Lo. L’influence de la longueur L3 est illustrée sur la figure 6b. La longueur L3 = Lo - 0,625 x (L2L0 est en trait plein C6 et L3 = Lo + 0,625 x (L^LO est en trait pointillé C6·. On sélectionne préférentiellement une valeur de longueur L3 inférieure à celle de longueur Lo pour maximiser la distance entre le premier axe 6 et le cylindre en début de descente du piston 5, et également pour réduire les efforts générés proche du point mort bas par le changement de direction rapide du premier axe 6.
[0059] Définition de la longueur Lz [0060] La barre de longueur L2· permet de transmettre le mouvement du système 14 à quatre barres vers la bielle principale 4 et le piston 5. Plus la valeur de la longueur L2· est grande et plus le mouvement du système 14 à quatre barres est démultiplié. A contrario, lorsque la longueur L2· augmente, les efforts sur les premier et deuxième axes 6, 7 augmentent également. Cette longueur L2· est liée aux contraintes de dimensionnement des liaisons 6 et 7. De préférence, la longueur L2· est sensiblement égale à une moyenne entre les longueurs Lt et L2 de la première et de la deuxième barres, c'est-à-dire (L2· ~ (Li+L2)/2).
[0061] La figure 6c illustre les cinématiques pour deux valeurs de L2·. La courbe continue C6 correspond à une valeur de L2· proche de L2 et la courbe pointillées C6· correspond à une valeur de L2· inférieure, dans ce cas égale à la longueur Lv [0062] Définition de l'angle a [0063] L’angle a est défini tel que le premier axe 6 est aligné avec le centre du vilebrequin 1, le centre du maneton et l’axe X3 du piston mobile 5 au point mort haut. L’angle a doit être compris entre 70 degrés et 110 degrés. Cet angle peut être adapté pour les forts désaxages du cylindre par rapport au vilebrequin 1. Si le désaxage du cylindre est négatif suivant l’axe Y, l’angle a sera augmenté. A l’inverse, si le désaxage du cylindre est positif, l’angle a sera réduit.
[0064] Définition de la longueur L4 [0065] La bielle de longueur L4 permet de transmettre le mouvement du piston 5. Elle définit principalement la zone de déplacement du piston mobile 5 et donc le positionnement de la chemise dans le moteur. Sa longueur doit être minimisée pour avoir un moteur compact mais en permettant le passage du premier axe 6 en bas de chemise. Pour un moteur compact ayant un rapport course/alésage (C/A) identique au moteur de référence, la valeur optimale de L4/L! se situe entre 2,4 et 3,1. Pour un moteur à cylindrée augmentée avec un rapport course/alésage (C/A) d’environ 1,5, la valeur optimale de L^ se situe entre 2.8 et 3.5 contre une valeur supérieure à 3,2 pour un moteur conventionnel.
[0066] Le désaxage en Y des cylindres par rapport à l’axe X1 du vilebrequin 1 peut être augmenté (désaxage négatif suivant Y) par rapport au moteur bielle-manivelle de référence pour réduire l’obliquité de la bielle dans le cycle (et donc les efforts du piston 5 sur la chemise et les frottements associés) et augmenter la course maximum possible. Néanmoins, sans modifier la compacité du moteur, ce désaxage modifie la forme du moteur par rapport au moteur de référence en décalant les cylindres par rapport à l’axe X1 du vilebrequin 1.
[0067] On décrit ci-après, en référence aux figures 7 à 12b, le fonctionnement du moteur selon l'invention. Au point mort haut du piston 5, la bielle principale 4 est alignée avec l’axe X3 piston 5 et le vilebrequin 1. Comme cela est illustré sur la figure 7, le premier axe 6 est alors positionné comme entrant dans le cylindre par rapport au bas du fût suivant la flèche F.
[0068] Comme cela est représenté sur la figure 8, durant la première partie de la descente du piston 5, la bielle principale 4 reste alignée avec le maneton du vilebrequin 1. Comme cela est illustré sur la figure 9a, cela permet lors de la phase de combustion, d’avoir un effort Ef_6 subis par le premier axe 6 transmit majoritairement au vilebrequin 1 et peu d’effort sur les biellettes 3, ce qui est favorable à leur dimensionnement ainsi qu’un bon compromis vis à vis des frottements du piston 5 sur la chemise 100. Ce comportement est également intéressant pour la tenue de la liaison avec le premier axe 6 car la vitesse angulaire relative Vit_6 entre 4 et 2 est très faible.
[0069] Comme cela est représenté sur les figures 10a à 10c et 12a, la fin de la descente du piston 5 voit se produire la brisure de l’alignement entre la bielle principale 4 et le maneton du vilebrequin 1. Par analogie avec un système bielle-manivelle conventionnel, durant cette phase, une bielle virtuelle 23 est en train d’être raccourcie pour augmenter la course du piston 5. Comme cela est illustré sur la figure 9b, en fin de combustion les efforts Ef_5 subis par le piston 5 étant plus faible, la bielle principale 4 peut alors être plus inclinée lnc_4, car cela générera peu de frottement entre la jupe du piston 5 et la chemise.
[0070] Comme cela est représenté sur les figures 11 et 12b, durant la phase de remontée, la bielle virtuelle 23 est dépliée. L’invention participe ainsi au compactage horizontal par l’utilisation de deux biellettes 3 afin de permettre le passage d’une des vis 24 du chapeau de la bielle double 2 comme cela est visible sur les figures 10b et 10c.
[0071] En fin de remontée de piston 5, l’agencement permet de faire rentrer le premier axe 6 dans le cylindre sans toucher le bas de la chemise.
[0072] Pour que le moteur soit compact et léger, on évite d'augmenter l’espace inter-fût entre les cylindres ou la longueur du vilebrequin 1. Le dimensionnement des premier et deuxième axes 6 et 7 en longueur et diamètre est un point crucial car il doit transmettre les efforts de traction/compression et pouvoir passer entre les contrepoids du vilebrequin 1 lors de la remontée du piston 5.
[0073] Comme cela est représenté sur la figure 13, afin de minimiser l’encombrement en largeur des premier et deuxième axes 6 et 7, des systèmes 16 de type bouchons sont utilisés pour bloquer le mouvement des premier et deuxième axes 6 et 7 suivant l'axe X.
[0074] Ces systèmes 16 permettent de laisser les premier et deuxième axes 6 et 7 tournants et réduire ainsi les vitesses de rotation relatives des axes par rapport aux bielles. Ces systèmes 16 de type bouchons sont préférés à des systèmes de type circlips qui nécessitent une augmentation de la largeur de l’axe 6, 7 pour les disposer.
[0075] Plus précisément, ces systèmes 16 comportent un cylindre creux 18 aux extrémités duquel viennent s’insérer des bouchons 17.
[0076] A cet effet, chaque bouchon 17 comporte une portion cylindrique 20 de laquelle est issue une collerette 19 d'orientation radiale par rapport à l'axe de la portion cylindrique 20. Les portions cylindriques 20 s'insèrent à l'intérieur des ouvertures 22 correspondantes situées aux extrémités du cylindre 18 formant l'axe 6 ou 7. Les interfaces de liaison des biellettes 2, 3, ou 4 sont montées autour du cylindre 18. Les interfaces de fixation des bielles 2, 3, ou 4 épousent la périphérie externe du cylindre 18. Le cas échéant un roulement ou un coussinet pourra être interposé radialement entre la périphérie externe du cylindre 18 et l'ouverture de l'interface de liaison des biellettes 2, 3, ou 4.
[0077] Une telle configuration permet, grâce à la présence des collerettes 19, de bloquer le mouvement latéral des axes des liaisons bielle principale/bielle double et bielle double/biellettes et de minimiser l’encombrement en largeur de ces liaisons tout en garantissant leur passage entre les contrepoids du vilebrequin 1.
[0078] Pour permettre le passage du premier axe 6 et de la bielle principale 4, le bas du fût est échancré de part et d’autre avec des usinages spécifiques. Etant donné que la bielle principale 4 est quasiment verticale et proche du point mort bas, les efforts du piston sur la chemise sont faibles et les échancrures en bas de chemise ne sont pas critiques, particulièrement sur le côté opposé aux biellettes 3.
[0079] Afin d’augmenter la course du moteur, et donc la longueur des fûts, sans augmenter la hauteur du moteur (Z maxi du piston 5) et sans bouger la position de l’axe
X1 du vilebrequin 1, il est possible de réduire le rayon de manivelle du vilebrequin 1. Cela est contradictoire dans le cas d’un système conventionnel bielle-manivelle.
[0080] Pour le moteur compact, le vilebrequin 1 est lui aussi compact avec plus de recouvrement entre maneton et tourillon qu’un moteur conventionnel. Ce plus grand recouvrement lui permet d’être plus rigide que le vilebrequin 1 du moteur de référence.

Claims (10)

  1. Revendications :
    1. Moteur à combustion interne, comportant:
    - un carter (100),
    - un vilebrequin (1) monté dans ledit carter (100), ledit vilebrequin (1) comportant un axe de rotation (X1),
    - un piston (5) mobile en translation à l'intérieur d'un alésage (A) d'un cylindre ménagé dans ledit carter (100), entre un point mort haut et un point mort bas, caractérisé en ce que ledit moteur à combustion interne comporte en outre un système d'embiellage multi-bras (14) comprenant:
    - une bielle principale (4) reliée au piston (5),
    -une seconde bielle (2) reliée à un maneton du vilebrequin (1),
    - la bielle principale (4) et la seconde bielle (2) étant accouplées par un premier axe (6),
    - au moins une biellette (3) reliée par un deuxième axe (7), distinct du premier axe (6), à la seconde bielle (2), et
    - cette au moins une biellette (3) étant reliée par un troisième axe (8) au carter (100),
    - ledit système d'embiellage multi-bras (14) étant configuré de telle façon que le premier axe (6) de liaison entre la bielle principale (4) et la seconde bielle (2) pénètre dans le cylindre lorsque le piston mobile (5) se situe au point mort haut.
  2. 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce le deuxième et le troisième axe (7,8) sont reliées par deux biellettes (3) parallèles l'une par rapport à l'autre et séparées entre elles par un espace dans lequel est apte à évoluer une partie de ladite seconde bielle (2) lors d'une phase de remontée dudit piston mobile (5).
  3. 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les axes des liaisons (6, 7) entre la bielle principale (4) et la seconde bielle (2) ainsi que la liaison entre la seconde bielle (2) et la au moins une biellette (3) sont formés par un cylindre aux extrémités duquel viennent s’insérer des pièces de type bouchons (17).
  4. 4. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un ratio entre une course dudit piston mobile (5) divisée par une longueur d'alésage (A) est de l'ordre de 1,5 pour une configuration du moteur à combustion interne à cylindrée augmentée, ou de l'ordre de 1,2 pour une configuration du moteur à combustion interne compact.
  5. 5. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que :
    -le deuxième axe (7), le troisième axe (8), l’axe de rotation (X1) du vilebrequin (1), et un axe (X2) du maneton, forment un quadrilatère articulé à quatre barres (Lo, Lb L2, La),
    - une première barre (LO s'étendant entre l'axe de rotation (X1) du vilebrequin (1) et l'axe (X2) du maneton,
    - une deuxième barre (L2) s'étendant entre l'axe (X2) du maneton et le deuxième axe (7),
    - une troisième barre (L3) s'étendant entre le deuxième axe (7) et le troisième axe (8), et
    - une quatrième barre (Lo) s'étendant entre le troisième axe (8) et l'axe de rotation (X1) du vilebrequin (1).
  6. 6. Moteur à combustion interne selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une valeur optimale d'un ratio entre une longueur (LO de la première barre divisée par une course (C) du piston mobile (5) est comprise entre 0,3 et 0,35.
  7. 7. Moteur à combustion interne selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la valeur d'une longueur (L2) de la deuxième barre est la valeur minimum supérieure à une longueur (LO de la première barre garantissant la tenue mécanique du deuxième axe (7), la valeur de ladite longueur (L2) de la deuxième barre étant choisie de telle façon que le ratio entre ladite longueur (L2) de la deuxième barre divisée par la longueur d'alésage (A) est compris entre 0,62 et 0,73.
  8. 8. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'un angle (β) entre ladite quatrième barre (Lo) et un plan (P3) perpendiculaire à un axe du cylindre est compris entre 11 degrés et 30 degrés.
  9. 9. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'une longueur (L3) de la troisième barre est comprise entre deux valeurs limites correspondant à la valeur de la longueur (Lo) de la quatrième barre plus ou moins la différence entre la longueur (L2) de la deuxième barre et la longueur (L0 de la première barre.
  10. 10. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'une cinquième barre (L2) supportant ledit premier axe (6) est liée à ladite deuxième barre (L2) et en ce qu'une longueur (L2) de ladite cinquième barre est égale à une moyenne entre les longueurs de ladite première et de ladite deuxième
    5 barre (U, I_2).
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