FR3085431A1 - Moteur a rapport volumetrique pilote - Google Patents

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Abstract

L'invention porte sur un moteur à rapport volumétrique piloté (100) comprenant un bloc moteur (10) comprenant au moins un palier (11), un vilebrequin (20), au moins une bielle (30) de longueur variable et au moins un élément de pilotage (40) porté par le vilebrequin (20) et apte à se déplacer en translation selon l'axe longitudinal pour coopérer avec un actionneur (31) d'un système d'ajustement de longueur de la bielle (30). Selon l'invention, l'élément de pilotage (40) comprend une première partie annulaire (41) coaxiale au tourillon (21) et susceptible d'être déplacée selon une première direction (Y1) parallèle à l'axe longitudinal par un organe actuateur (12) porté par le palier (11) et une deuxième partie annulaire (42) coaxiale au maneton (22), solidaire de la première partie (41) et susceptible d'établir un contact continu avec l'actionneur (31) du système d'ajustement de longueur de la bielle (30), lorsqu'elle est déplacée selon la première direction (Y1).

Description

MOTEUR À RAPPORT VOLUMETRIQUE PILOTE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine des moteurs à rapport volumétrique variable, mettant en œuvre une bielle dont la longueur est pilotée.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Parmi les solutions permettant de rendre variable le rapport volumétrique d'un moteur, on connaît celles mettant en œuvre une bielle dont l'entraxe (c'est-à-dire la longueur de la bielle) peut être piloté. Lorsque la bielle présente une première longueur, le moteur est configuré pour présenter un premier rapport volumétrique. Lorsque la bielle présente une deuxième longueur, le moteur est configuré pour présenter un deuxième rapport volumétrique.
La bielle peut être du type télescopique, comme cela est par exemple connu de US20160237889, ou du type excentrique. D'une manière générale, la bielle est munie d'un système, souvent de nature hydromécanique, permettant l'ajustement de sa longueur.
Quelle que soit la forme retenue, la bielle peut être configurée pour permettre un ajustement continu de sa longueur, entre sa première longueur et sa deuxième longueur, de sorte à ajuster continûment le rapport volumétrique du moteur. Alternativement, la bielle peut être dite « bistable » et alors seule sa première et sa deuxième longueur forment des positions stables permettant de définir deux modes de fonctionnement du moteur, chaque mode correspondant à un rapport volumétrique déterminé.
Le pilotage de la bielle consiste à commander le système hydromécanique d'ajustement de sa longueur à une longueur cible, de manière à conférer au moteur un rapport volumétrique de consigne.
Selon une première approche connue par exemple du document US2017089257, la transmission de la consigne est réalisée mécaniquement. Par exemple, le pilotage est obtenu par entrechoquement, alors que la bielle est entraînée par le vilebrequin, entre un actionneur du système d'ajustement (par exemple le tiroir d'un distributeur hydraulique) et une pièce de commande fixée au bloc moteur. L'entrechoquement se produit à très haute vélocité, et ce pilotage au choc demande un positionnement extrêmement précis de la pièce de commande dans le bloc moteur, ce qui rend sa fabrication particulièrement complexe et onéreuse. Par ailleurs, ce mode de pilotage conduit à une émission acoustique importante et à une usure rapide des pièces qui entrent en contact.
Selon une autre approche connue, la transmission de la consigne est réalisée par des moyens hydrauliques. Ainsi, le document US20160237889 précité prévoit d'utiliser le circuit de lubrification des coussinets de la bielle pour agir sur un actionneur du système d'ajustement de la longueur de bielle. L'inconvénient de ce type de pilotage hydraulique est une forte inertie à la commande et une grande sensibilité au régime moteur.
OBJET DE L'INVENTION
La présente invention vise à pallier tout ou partie des inconvénients précités. Elle concerne un moteur à rapport volumétrique variable comprenant un élément de pilotage pour piloter la longueur de la bielle.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
La présente invention concerne un moteur à rapport volumétrique piloté comprenant:
• un bloc moteur comprenant au moins un palier, • un vilebrequin présentant un axe de rotation définissant un axe longitudinal et comprenant au moins un maneton et au moins un tourillon reliés par un bras de liaison, le tourillon étant maintenu dans le palier, • au moins une bielle de longueur variable, • au moins un élément de pilotage porté par le vilebrequin et apte à se déplacer en translation selon l'axe longitudinal pour coopérer avec un actionneur d'un système d'ajustement de longueur de la bielle.
Selon l'invention, l'élément de pilotage comprend:
• une première partie annulaire coaxiale au tourillon et susceptible d'être déplacée selon une première direction parallèle à l'axe longitudinal par un organe actuateur porté par le palier ;
• une deuxième partie annulaire coaxiale au maneton, solidaire de la première partie et susceptible d'établir un contact continu avec 1'actionneur du système d'ajustement de longueur de la bielle, lorsqu'elle est déplacée selon la première direction.
La première partie annulaire autorise une mise en contact de l'élément de pilotage et de l'organe actuateur, quelle que soit la position angulaire du vilebrequin. L'organe actuateur permet le déplacement selon la première direction de l'élément de pilotage par poussée sur la première partie annulaire.
La deuxième partie annulaire autorise une mise en contact de l'élément de pilotage avec 1'actionneur du système d'ajustement de longueur de bielle, quelle que soit la position angulaire du vilebrequin.
Dans le moteur selon l'invention, grâce aux première et deuxième parties annulaires de l'élément de pilotage, le contact avec 1'actionneur du système d'ajustement de longueur de bielle peut s'opérer pour toutes les positions angulaires du vilebrequin, évitant ainsi un pilotaqe par choc, dont les inconvénients ont été évoqués en introduction.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable :
- l'organe actuateur est relié à un circuit fluidique de pilotage aménagé dans le palier ;
1'élément de liaison ; pilotage est disposé sur le bras de
le circuit fluidique de pilotage commande le
déplacement de 1'organe actuateur, pour contacter et
déplacer la première partie annulaire de l'élément de pilotage selon la première direction, par pression d'un fluide ;
- le circuit fluidique de pilotage commande le déplacement de l'organe actuateur selon une deuxième direction, opposée à la première direction, par dépression ;
- le fluide est un gaz ou un liquide ;
- le moteur à rapport volumétrique piloté comprend un organe de rappel pour déplacer en translation l'élément de pilotage selon l'axe longitudinal, dans une deuxième direction opposée à la première direction ;
- le circuit fluidique de pilotage comprend au moins un perçage dans le palier ;
- le moteur à rapport volumétrique piloté comprend un élément de pilotage, disposé au niveau de chaque bras de liaison, de part et d'autre de chaque maneton du vilebrequin ;
- le maneton est configuré pour recevoir deux bielles ;
- la bielle est télescopique ou excentrique, bi-taux, tri-taux ou à taux continu.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles :
les figures 1 et 2 représentent une partie d'un moteur à rapport volumétrique piloté conforme à l'invention ;
les figures 3a à 3e et 4 représentent un mode de réalisation d'un élément de pilotage porté par un vilebrequin dans un moteur à rapport volumétrique variable conforme à l'invention.
Les mêmes références sur les figures pourront être utilisées pour des éléments de même type.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'invention concerne un moteur à rapport volumétrique piloté 100, c'est-à-dire dont la longueur de bielle peut être pilotée.
Le moteur 100 comprend un bloc moteur 10, lequel comporte au moins un palier 11 (figure 1).
Le moteur 100 comprend un vilebrequin 20 présentant un axe de rotation définissant un axe longitudinal y et comprenant au moins un tourillon 21 et au moins un maneton 22, reliés par un bras de liaison 23. Le tourillon 21 est maintenu dans le palier 11 avec un degré de liberté en rotation autour de l'axe longitudinal y.
Le moteur 100 comprend au moins une bielle 30 de longueur variable, associée au maneton 22 avec un degré de liberté en rotation autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal y. La bielle 30 comprend un système d'ajustement de sa longueur et un actionneur 31 positionné au niveau d'un flan de la tête de bielle, comme évoqué en introduction. Tout type de bielle 30 de l'état de la technique pourra être utilisé dans le moteur 100 selon l'invention, bielle télescopique ou excentrique, fonctionnant à taux continu, à bi-taux ou tri-taux.
Le moteur 100 comprend également au moins un élément de pilotage 40 porté par le vilebrequin 20 et avantageusement disposé sur le bras de liaison 23. L'élément de pilotage 40 est apte à se déplacer en translation selon l'axe longitudinal y pour coopérer avec 1'actionneur 31 du système d'ajustement de longueur de la bielle 30.
Préférentiellement, la course totale de l'élément de pilotage 40 varie de 1 à 2mm environ, en fonction des configurations de moteurs.
Selon l'invention, l'élément de pilotage 40 comprend une première partie 41 annulaire coaxiale au tourillon 21 et susceptible d'être déplacée selon l'axe longitudinal y. En particulier, ladite première partie 41 peut être contactée et poussée (donc déplacée), selon une première direction Y1 parallèle à l'axe longitudinal y, par un organe actuateur 12 porté par le palier 11. Rappelons que le palier 11, solidaire du bloc moteur 10 est une pièce fixe, alors que le vilebrequin 20 sur lequel est disposé l'élément de pilotage 40 est une pièce mobile du moteur 100. L'organe actuateur 12, inclus dans le moteur 100 selon l'invention, est sur une pièce fixe, alors que l'élément de pilotage 40 est sur une pièce mobile du moteur 100.
La première partie annulaire 41 présente une surface plane 41a (appelée par la suite, première surface 41a) qui s'étend dans un plan (x,z) normal à l'axe longitudinal y. Cette première surface 41a peut être contactée par l'organe actuateur 12, quelle que soit la position angulaire du vilebrequin 20. Autrement dit, pour toute position angulaire, l'organe actuateur 12 peut commander le déplacement de la première partie annulaire 41, en appliquant une pression sur la première surface 41a.
L'élément de pilotage 40 comprend en outre une deuxième partie 42 annulaire, coaxiale au maneton 22 et disposée à une extrémité dudit maneton 2. Cette deuxième partie 42 est solidaire de la première partie 41 ; le déplacement selon l'axe longitudinal y de la première partie 41 génère donc également le déplacement de la deuxième partie 41, et plus globalement le déplacement de l'élément de pilotage 40.
La deuxième partie annulaire 42 présente une surface plane 42a (appelée par la suite, deuxième surface 42a) qui s'étend dans un plan (x,z) normal à l'axe longitudinal y. Cette deuxième surface 42a est susceptible d'établir un contact continu avec 1'actionneur 31 du système d'ajustement de longueur de la bielle 30, lorsqu'elle est déplacée selon la première direction Y1. Du fait de la forme annulaire de la deuxième partie 42, qui correspond à la trajectoire circulaire de 1'actionneur 31 lors d'un cycle moteur, le contact entre la deuxième surface 42a et 1'actionneur 31 peut s'établir quelle que soit la position angulaire du vilebrequin 20. Une telle configuration présente l'avantage d'une transmission mécanique de la consigne d'ajustement de longueur de bielle sans choc.
Afin de minimiser l'impact du frottement généré par le contact entre la deuxième surface 42a et 1'actionneur 31, il est préférable d'avoir une position de référence, dans laquelle l'élément de pilotage 40 n'est pas en contact avec 1'actionneur 31 de bielle 30, correspondant à une configuration longue de la bielle. Ainsi lorsque le moteur fonctionne à faible charge, avec un taux de compression élevé, l'effort de contact entre la deuxième surface 42a et 1'actionneur 31, est faible.
Avantageusement, l'organe actuateur 12 est relié à un circuit fluidique de pilotage 13 aménagé dans le palier
11. Le circuit fluidique de pilotage 13 est configuré pour déplacer l'organe actuateur 12 selon l'axe longitudinal y.
Le circuit fluidique 13 comporte au moins un orifice 14 destiné à faire communiquer un fluide avec une surface arrière de l'organe actuateur 12. L'organe actuateur 12 est disposé dans un logement du palier 11 avec un degré de mouvement en translation selon l'axe longitudinal. Des joints d'étanchéité sont prévus entre l'organe actuateur 12 et le logement du palier 11 pour éviter toute fuite du fluide vers l'extérieur du logement.
Le fluide peut être un gaz ou un liquide. La pression exercée par ce fluide sur la surface arrière de l'organe actuateur 12 permet de déplacer ce dernier dans la première direction Y1. Comme énoncé précédemment, l'organe actuateur 12 pousse alors la première partie annulaire 41 de l'élément de pilotage 40, lui imposant ainsi un déplacement selon la première direction Y1.
A titre d'exemple, les pressions de fluide utilisées dans le circuit fluidique de pilotage 13 pour commander le déplacement en translation de l'organe actuateur 12 selon la première direction Yl, seront de l'ordre de quelques bars, typiquement inférieures à 5 bars et préférablement comprises entre 2 et 5 bars.
Selon une première variante, le fluide est un gaz, par exemple de l'air comprimé, et le déplacement en translation de l'organe actuateur 12 selon la deuxième direction Y2, opposée à la première direction Yl, est opéré par mise en dépression du circuit fluidique 13. La première partie annulaire 41 ne subissant plus la pression de l'organe actuateur 12, l'élément de pilotage 40 peut se déplacer selon la deuxième direction Y2, du fait du contact avec l'actionneur 31 de la bielle 30 ; ainsi, la pression de contact avec l'actionneur 31 de la bielle 30 est fortement diminuée, voire le contact est interrompu.
Selon une deuxième variante, le fluide est un gaz ou un liquide (par exemple de l'huile), et le déplacement en translation de l'organe actuateur 12 selon la deuxième direction Y2, opposée à la première direction Yl, est opéré d'une part, du fait d'une baisse de la pression de fluide dans le circuit fluidique de pilotage 13. D'autre part, le moteur à rapport volumétrique piloté 100 comprend un organe de rappel 24 qui applique une pression sur l'élément de pilotage 40 tendant à le déplacer en translation selon l'axe longitudinal y, dans la deuxième direction Y2 (figure 2). La première partie annulaire 41 de l'élément de pilotage 40 vient donc appuyer sur l'organe actuateur 12 et participe à son déplacement dans la deuxième direction Y2, la faible pression de fluide ne s'opposant pas à ce déplacement.
Bien sûr, l'organe de rappel 24 peut également être mis en œuvre dans la première variante, pour déplacer l'élément de pilotage 40 dans la deuxième direction Y2, jusqu'à une position de référence, au-delà de laquelle l'élément de pilotage 40 ne peut plus se déplacer dans ladite direction Y2. L'organe actuateur 12 peut alors opérer un déplacement supplémentaire dans la deuxième direction Y2, du fait de la mise en dépression du circuit fluidique 13 : cela permet d'interrompre le contact entre l'organe actuateur 12 et la première surface 41a de l'élément de pilotage 40, limitant ainsi les frottements.
L'organe de rappel 24 pourra être porté par le bras de liaison 23 du vilebrequin 20 (comme illustré sur la figure 2) ou alternativement par la bielle 30 (non représenté). Il pourra comprendre par exemple un système à ressort.
Avantageusement, le circuit fluidique de pilotage 13 est formé par au moins un conduit percé dans le palier 11 du bloc moteur 10. Le conduit pourra par exemple présenter un diamètre de l'ordre de 4mm.
Le circuit fluidique de pilotage 13 est préférentiellement indépendant des conduits de lubrification reliant maneton 22 et tourillon 21.
Le circuit de pilotage 13 est en connexion fluidique avec un système externe de pilotage moteur 100. Le système externe pour acheminer le fluide dans le comprend notamment une source exemple un compresseur à air, l'air comprimé. Pour mettre le dépression, le système externe comprendre une pompe à vide système externe de pilotage e£ contrôle du moteur, par exemple la charge du moteur.
, disposé à l'extérieur du de pilotage est configuré : circuit de pilotage 13. Il de pression telle que par lorsque le fluide est de circuit de pilotage 13 en de pilotage peut également dédiée ou mutualisée. Le ;t commandé par l'unité de en fonction du régime et de
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, illustré sur les figures 3a à 3e, l'élément de pilotage 40 comprend trois pièces 401, 402, 403 configurées pour être assemblées sur le vilebrequin 20, et plus particulièrement sur le bras de liaison 23.
La première pièce 401 est disposée sur le bras de liaison 23, en partie supérieure. Elle comporte un demianneau 401a placé coaxialement au maneton 22 et un demianneau 401b placé coaxialement au tourillon 21 (figures 3a et 3b) .
La deuxième pièce 402 est disposée sur le bras de liaison 23, en dessous du maneton 22 (tel qu'illustré sur les figures 3a et 3c) . Elle comporte un demi-anneau 402a placé coaxialement au maneton 22.
Les première 401 et deuxième 402 pièces sont solidarisées par exemple par des vis 43, comme illustré sur la figure 3c. La deuxième partie annulaire 42 de l'élément de pilotage 40, coaxiale au maneton 22, est formée par les deux demi-anneaux 401a et 402a respectivement de la première 401 et de la deuxième 402 pièce.
La troisième pièce 403 est également disposée sur le bras de liaison 23, en dessous du tourillon 21 (tel qu' illustré sur les figures 3a et 3d) . Elle comporte un demi-anneau 403b placé coaxialement au tourillon 21.
Les première 401 et troisième 403 pièces sont solidarisées par exemple par des vis 43, comme illustré sur la figure 3d. La première partie annulaire 41 de l'élément de pilotage 40, coaxiale au tourillon 21, est formée par les deux demi-anneaux 401b et 403b respectivement de la première 401 et de la troisième 403 pièce.
Comme représenté en coupe sur la figure 3e, le bras de liaison 23 est configuré pour que :
• d'une part, la première partie annulaire 41 de l'élément de pilotage 40 soit portée par un épaulement 231 du bras de liaison 23, coaxial au tourillon 21, • d'autre part, la deuxième partie annulaire 42 soit portée par un autre épaulement 232 du bras de liaison 23, coaxial au maneton 22.
Les deux épaulements 231,232 forment deux couronnes circulaires normales à l'axe longitudinal y et de diamètres supérieurs respectivement à celui du tourillon 21 et à celui du maneton 22.
La forme du bras de liaison 23 doit également être adaptée pour autoriser un mouvement de translation de l'élément de pilotage, selon l'axe longitudinal y. Le mouvement de translation s'effectue entre une position de référence (figure 3e (1)), dans laquelle l'élément de pilotage 40 n'est pas en contact avec l'actionneur 31 de bielle 30, et une position d'activation maximale (figure 3e (2)), dans laquelle l'élément de pilotage 40 établit un contact avec l'actionneur 31 de bielle 30 et au delà de laquelle l'élément de pilotage 40 ne peut plus se déplacer dans la première direction Y1. Dans le cas d'une bielle à taux continu, l'élément de pilotage 40 pourra adopter des positions intermédiaires de contact, entre la position de référence et la position d'activation maximale.
Notons que les particularités précitées du bras de liaison 23 constituent des modifications réalisables par usinage d'un vilebrequin standard. Un exemple de vilebrequin 20 pour un moteur 100 selon l'invention, portant un élément de pilotage 40 à une extrémité de chaque maneton 23 est illustré sur le figure 4.
Selon une variante de l'invention (non représentée), deux éléments de pilotage 40 sont présents et disposés respectivement au niveau de chaque bras de liaison 23, de part et d'autre de chaque maneton 22 du vilebrequin 20. Une telle configuration peut permettre le pilotage d'une bielle 30 tri-taux comportant deux actionneurs 31, chacun positionné sur un flan de la tête de bielle, en visà-vis des éléments de pilotage 40. Cette configuration permet également le pilotage de deux bielles 30, lorsque le maneton 22 est justement configuré pour recevoir deux bielles 30.
L'invention peut s'appliquer à un moteur 100 à rapport volumétrique piloté présentant une architecture en ligne ou en V.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de mise en œuvre décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) comprenant :
    • un bloc moteur (10) comprenant au moins un palier (H) , • un vilebrequin (20) présentant un axe de rotation définissant un axe longitudinal et comprenant au moins un maneton (22) et au moins un tourillon (21) reliés par un bras de liaison (23), le tourillon étant maintenu dans le palier (11), • au moins une bielle (30) de longueur variable, • au moins un élément de pilotage (40) porté par le vilebrequin (20) et apte à se déplacer en translation selon l'axe longitudinal pour coopérer avec un actionneur (31) d'un système d'ajustement de longueur de la bielle (30),
    Le moteur (100) étant caractérisé en ce que l'élément de pilotage (40) comprend:
    • une première partie annulaire (41) coaxiale au tourillon (21) et susceptible d'être déplacée selon une première direction (Yl) parallèle à l'axe longitudinal par un organe actuateur (12) porté par le palier (11) ;
    • une deuxième partie annulaire (42) coaxiale au maneton (22), solidaire de la première partie (41) et susceptible d'établir un contact continu avec 1'actionneur (31) du système d'ajustement de longueur de la bielle (30), lorsqu'elle est déplacée selon la première direction (Yl).
  2. 2. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) selon la revendication précédente, dans lequel l'organe actuateur (12) est relié à un circuit fluidique de pilotage (13) aménagé dans le palier (11) .
  3. 3. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément de pilotage (40) est disposé sur le bras de liaison (23) .
  4. 4. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit fluidique de pilotage (13) commande le déplacement de l'organe actuateur (12), pour contacter et déplacer la première partie annulaire (41) de l'élément de pilotage (40) selon la première direction (Yl), par pression d'un fluide.
  5. 5. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le circuit fluidique de pilotage (13) commande le déplacement de l'organe actuateur (12) selon une deuxième direction (Y2), opposée à la première direction (Yl), par dépression.
  6. 6. Moteur à rapport volumétrique piloté selon l'une des deux revendications précédentes (100), dans lequel le fluide est un gaz ou un liquide.
  7. 7. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) selon l'une des revendications précédentes, comprenant un organe de rappel (24) pour déplacer en translation l'élément de pilotage (40) selon l'axe longitudinal, dans une deuxième direction (Y2) opposée à la première direction (Yl) .
  8. 8. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) selon l'une des revendications 2 à 7, dans lequel le circuit fluidique de pilotage (13) comprend au moins un perçage dans le palier (11) .
  9. 9. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) selon l'une des revendications précédentes, comprenant un élément de pilotage (40) disposé au niveau de chaque bras de liaison (23), de part et d'autre de chaque maneton (22) du vilebrequin (20).
  10. 10. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) selon la revendication précédente dans lequel un maneton (22) est configuré pour recevoir deux bielles (30).
  11. 11. Moteur à rapport volumétrique piloté (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la bielle (30) est télescopique ou excentrique, bi-taux, tri-taux ou à taux continu.
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