FR3111172A1 - Dispositif d’équilibrage d'un moteur à combustion interne 3 cylindres par 2 pignons balourdés - Google Patents
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Abstract
Dispositif d’équilibrage (10) de moteur à combustion interne comprenant un vilebrequin (30) présentant une première extrémité (31) débouchant d’une face de distribution (32) et une seconde extrémité opposée (33) débouchant d’une face d’accouplement (34) du carter moteur, les deux extrémités portant respectivement une première (14) et une seconde (15) roues dentées menantes, Caractérisé en ce que lesdites roues engrènent respectivement un premier (11) et un second (12) pignons d’équilibrage montés mobiles en rotation sur la face de distribution (32) et sur la face d’accouplement (34) du carter. Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
Domaine technique de l’invention
L'invention propose un moteur à combustion comprenant un dispositif d'équilibrage des masses tournantes et alternatives.
L'invention propose plus particulièrement un moteur à combustion interne qui comprend un dispositif d'équilibrage présentant un encombrement réduit du carter moteur.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d’équilibrage de vilebrequin peu encombrant et simple.
L’invention propose un dispositif d’équilibrage de moteur thermique, notamment à trois cylindres, agencé à l’extérieur du carter du moteur.
Etat de la technique
Les moteurs à combustion interne comportent des cylindres dans lesquels coulissent des pistons et un vilebrequin qui est destiné à transformer la force des pistons transmise par des bielles en une force circulaire de façon à produire un couple de rotation qu'il transmet au volant moteur et à l'embrayage.
Pour ce faire, le vilebrequin comporte des tourillons qui sont alignés longitudinalement et qui lui permettent de reposer sur des paliers du carter du moteur. Le vilebrequin comporte aussi des manetons sur lesquels viennent s'articuler les bielles.
Les tourillons et les manetons sont reliés les uns aux autres par des flasques appelés bras de manivelle.
Les masses qui composent le vilebrequin ne sont pas uniformément réparties autour de son axe de rotation longitudinal.
Lorsqu'il est entraîné en rotation autour de son axe longitudinal qui correspond à l'axe des tourillons, le vilebrequin et une partie des bielles provoquent des forces centrifuges et des couples qui sont obliques par rapport à l'axe de rotation longitudinal. Par ailleurs, les pistons et l’autre partie des bielles induisent des efforts d’inerties verticaux (direction de la course des pistons) qui vont également provoquer des couples qui s’additionnent à ceux créés par les masses rotatives.
Au global, l’attelage mobile en rotation induit des vibrations importantes du carter.
Les vibrations sont préjudiciables à la durée de vie, notamment du vilebrequin et du carter du moteur, ainsi qu'au confort des passagers du véhicule.
Pour résoudre ces problèmes, il est connu d'équilibrer le vilebrequin par un dispositif d'équilibrage de façon à éviter la production des couples obliques.
Pour ce faire, le dispositif d'équilibrage peut comporter un ou plusieurs arbres d'équilibrage montés en rotation autour d'un axe longitudinal. L'arbre d'équilibrage est entraîné en rotation, par exemple par une roue dentée d'entraînement qui engrène avec la denture d'une roue dentée menante du vilebrequin. La forme de l'arbre d'équilibrage ainsi que la répartition de sa masse par rapport à son axe de rotation longitudinal permettent, lors de sa rotation, de produire des couples qui sont opposés à ceux produits par la rotation du vilebrequin, de façon à minimiser les vibrations du moteur.
De manière connue, l’arbre d’équilibrage s’étend entre les deux extrémités longitudinales du carter du moteur. Il est monté mobile en rotation et comprend une roue d’entrainement agencée à l’une de ses extrémités traversant le carter du moteur et entrainée par une roue menante solidaire du vilebrequin.
Par exemple, pour un moteur 4 cylindres, on a de manière générale deux arbres d’équilibrages qui tournent à deux fois la vitesse du vilebrequin. La démultiplication entre la roue menante du vilebrequin et la roue menée de l’arbre d’équilibrage est de 2.
Par exemple, pour un moteur 3 cylindres, on peut ne disposer qu’un seul arbre d’équilibrage.
L’arbre d’équilibrage est agencé dans un carter à côté du vilebrequin. Il est formé par un arbre qui s’étend sur toute la longueur longitudinale du carter du moteur, de longueur sensiblement également à la longueur du vilebrequin, et qui tient deux masses d’équilibrage positionnées aux deux extrémités de l’arbre d’équilibrage. L’arbre est solidaire en rotation à un pignon fixé à une de ses extrémités débouchant du carter moteur. Ledit pignon est entrainé en rotation par une roue dentée solidaire du vilebrequin en sens opposé.
L’arbre traversant le carter sur toute sa longueur nécessite un logement dans le carter dont les dimensions doivent aussi permettre la rotation des masses d’équilibrage ce qui accroit davantage le volume du logement.
De plus l’arbre d’un seul tenant nécessite un agencement en ligne depuis une face du carter à la face opposée, ce qui est susceptible d’accroitre davantage le logement et le volume général du carter.
La publication FR2815380-A1 propose un dispositif d’équilibrage comprenant un arbre d’équilibrage sensiblement de même longueur longitudinale que le vilebrequin, ledit dispositif présente des moyens de réglage de position vis-à-vis du carter auquel il est fixé.
Un inconvénient dudit dispositif est l’encombrement global du moteur avec ledit dispositif d’équilibrage comportant un carter dont la position est réglable vis-à-vis du carter moteur.
La publication FR2888904-A1 décrit un système d’équilibrage de moteur thermique comprenant deux arbres d’équilibrage qui sont entrainés en rotation par l’intermédiaire de pignons d’un accessoire de moteur tel qu’une pompe à eau.
Un inconvénient est l’encombrement dudit système d’équilibrage fixé à l’extérieur du carter moteur.
Le but de l’invention est de remédier à ces problèmes et un des objets de l’invention est un dispositif d’équilibrage compact et qui n’entraine pas un encombrement global important du moteur.
Présentation de l’invention
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif d’équilibrage de moteur à combustion interne comprenant un vilebrequin présentant une première extrémité débouchant d’une face de distribution et une seconde extrémité opposée débouchant d’une face d’accouplement du carter moteur, les deux extrémités portant respectivement une première et une seconde roues dentées menantes,
Caractérisé en ce que lesdites roues engrènent respectivement un premier et un second pignon d’équilibrage montés mobiles en rotation sur la face de distribution et sur la face d’accouplement du carter.
De manière avantageuse qui présentent un balourd et qui sont entrainés respectivement par les première et la seconde roues menantes fixées aux deux extrémités opposées du vilebrequin engrènent respectivement des premier et second pignons d’équilibrage montés respectivement sur la face de distribution et d’accouplement du carter du moteur, ce qui permet de réduire le volume d’encombrement du carter ; ledit carter ne présente pas de chambre pour loger un arbre d’équilibrage qui s’étend entre les deux faces opposées du carter.
Selon d’autres caractéristiques de l’invention :
-Les premier et second pignons présentent chacun un balourd et sont montés libres en rotation autour d’axes qui s’étendent respectivement depuis la face de distribution et d’accouplement du carter du moteur vers l’extérieur.
De manière avantageuse, le premier et un second pignon comprennent chacun un balourd et sont montés libres en rotation autour d’axes qui s’étendent respectivement depuis la face de distribution et la face d’accouplement du carter du moteur vers l’extérieur. Ils sont entrainés en rotation sans frottement respectivement par la première et la seconde roue menante solidaires en rotation du vilebrequin, ce qui facilite la mise au point du dispositif.
-l’axe de rotation du premier pignon est parallèle à l’axe de rotation du second pignon.
De manière avantageuse, les axes de rotation des premiers et second pignons d’équilibrage sont parallèles entre eux, ce qui facilite la mise en production du dispositif.
-les premier et second pignons sont identiques.
De manière avantageuse, les premier et second pignons d’équilibrage sont identique, ce qui facilite la mise en place desdits pignons et réduit les coûts de fabrication du dispositif.
-les axes de rotation des premier et second pignons sont parallèles à l’axe de rotation du vilebrequin.
De manière avantageuse, les axes de rotation des premier et second pignons sont parallèles à l’axe de rotation du vilebrequin pour réduire l’encombrement global du moteur équipé du dispositif. En effet, les deux axes de rotation des premier et deuxième pignons étant parallèles à l’axe de rotation du vilebrequin permet d’avoir les plans des deux pignons parallèles à la face de distribution et à la face d’accouplement du moteur ce qui réduit sensiblement la saillie formée par les premier et second pignons depuis les deux faces du moteur.
-le dispositif comprend des premiers et second bras parallèles à l’axe de rotation du vilebrequin et qui s’étendent respectivement depuis les faces de distribution et d’accouplement du moteur vers l’extérieur du moteur.
De manière avantageuse, le dispositif comprend un premier et un second bras qui s’étendent respectivement parallèlement à l’axe du vilebrequin, depuis la face de distribution et la face d’accouplement du moteur et vers l’extérieur du moteur pour porter les premier et second pignons d’équilibrage. Les deux pignons sont montés libres en rotation autour desdits bras grâce à des paliers de roulements.
- les première et seconde roues menantes du vilebrequin engrènent directement respectivement les premier et second pignons d’équilibrage.
De manière avantageuse, les premier et second pignons d’équilibrage engrènent directement les première et seconde roues menantes du vilebrequin, ce qui simplifie le montage et permet une rotation en sens inverse des pignons par rapport au vilebrequin (nécessaire dans le cas d’un moteur 3 cylindres).
-le balourd est une pièce rapportée et solidaire au premier et/ou second pignon d’équilibrage.
De manière avantageuse, le balourd est une pièce rapportée au premier et/ou au second pignon d’équilibrage, ce qui facilite la conception et la fabrication des premier et second pignons.
L’invention concerne également un moteur thermique comprenant un vilebrequin présentant une première extrémité débouchant d’une face de distribution et une seconde extrémité opposée débouchant d’une face d’accouplement, les deux extrémités portant respectivement une première et une seconde roues dentées menantes, et un dispositif d’équilibrage comportant un premier et un second pignons montés libres en rotation qui présentent un balourd et qui sont entrainés respectivement par la première et la seconde roues menantes.
-le moteur thermique est équipé de 3 cylindres et d’un dispositif d’équilibrage comprenant un seul couple formé par un premier et un second pignons d’équilibrage.
De manière avantageuse, un moteur thermique de 3 cylindres est équipé d’un dispositif d’équilibrage comprenant un unique couple formé par un premier et un second pignon d’équilibrage balourdé qui tournent à la même vitesse mais en sens contraire que le vilebrequin.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
Selon la , un moteur thermique de véhicule automobile comprend un vilebrequin 30 logé dans un carter du moteur (non représenté) et mobile en rotation autour d’un axe longitudinal X du moteur. Ledit vilebrequin 30 débouche par une première extrémité 31 d’un côté du carter moteur par une face de distribution 32 et par une seconde extrémité opposée 33 du côté opposé par une face dite d’accouplement 34. La première extrémité 31 du vilebrequin porte des roues dentées menantes qui sont aptes à entrainer par exemple un pignon d’arbre à cames par l’intermédiaire d’une chaine ou une courroie de distribution (non représentés). La seconde extrémité 33 du vilebrequin débouche de la face d’accouplement 34 du carter et elle est connectée par exemple à un volant moteur (non représenté).
Comme tout élément tournant, le vilebrequin 30 est équilibré de façon statique et de façon dynamique.
L'équilibrage du vilebrequin est nécessaire pour réduire les vibrations du moteur et pour diminuer les charges exercées sur les coussinets de la ligne d'arbre. Le vilebrequin est pourvu de contrepoids 35 disposés entre un maneton et un tourillon du vilebrequin.
Pour améliorer l’équilibrage dynamique, selon l’état de l’art, un voire deux arbres d'équilibrage sont ajoutés au moteur. Pour un 3 cylindres, la masse d'équilibrage est tenue par l’arbre d’équilibrage et tourne dans le sens contraire du vilebrequin. La masse d’équilibrage peut être partie de l’arbre d’équilibrage.
L’arbre d’équilibrage s’étend donc longitudinalement et parallèlement à l’axe du vilebrequin depuis la face de distribution jusqu’à la face d’accouplement. De façon générale, ledit arbre d’équilibrage comporte une extrémité débouchant de la face d’accouplement et portant un pignon d’équilibrage. L’arbre d’équilibrage porte généralement deux masses d’équilibrage, chacune étant disposée à proximité de chaque extrémité de l’arbre et logée dans le carter moteur.
Le volume de la chambre dans laquelle est logé ledit arbre d’équilibrage portant à ses deux extrémités opposées des masses d’équilibrage augmente l’encombrement général du moteur thermique, notamment l’agencement d’un arbre d’équilibrage s’étendant de façon rectiligne entre les faces de distribution et de d’accouplement du carter du moteur implique de concevoir une chambre dédiée pour loger ledit arbre.
Selon un mode de réalisation de l’invention représenté sur la , le moteur thermique, ici à 3 cylindres, comprend un dispositif d’équilibrage 10 comprenant un premier pignon 11 agencé sur la face de distribution 32 par exemple et un second pignon d’équilibrage 12 agencé sur la face d’accouplement 34 opposée du carter moteur. Les premier et second pignons d’équilibrage 11, 12 sont montés libres en rotation respectivement autour d’un axe de rotation X1, X2.
Ledit dispositif d’équilibrage 10 comporte une première roue menante 14 fixée à l’extrémité de distribution 31 du vilebrequin 30 qui débouche de la face de distribution du moteur, et une seconde roue menante 15 fixée à l’extrémité opposée 33 dudit vilebrequin, les première 14 et seconde 15 roues menantes engrenant respectivement les premier et second pignons 11,12 d’équilibrage selon un rapport de démultiplication identique. Lesdites roues menantes 14,15 sont agencées à l’extérieur du carter du moteur et engrènent directement respectivement les premier et second pignons d’équilibrage 11, 12 c’est-à-dire sans élément intermédiaire telle qu’une roue. Ainsi le sens de rotation des premier et second pignons d’équilibrage est à l’opposé du sens de rotation du vilebrequin.
Les deux pignons d’équilibrage 11,12 sont de manière préférentielle identiques mais ils peuvent être légèrement différents l’un de l’autre pour améliorer l’équilibrage dynamique du vilebrequin 30.
De manière préférentielle, l’axe de rotation X1 du premier pignon 11 est parallèle à l’axe de rotation X2 du second pignon 12 d’équilibrage. Ainsi les deux axes ne sont pas forcément coaxiaux, ce qui permet d’agencer l’un ou l’autre pignon sur la face du carter moteur selon la place disponible.
De manière préférentielle, les axes de rotation X1, X2 des premier et du second pignons d’équilibrage 11,12 sont parallèles à l’axe X du vilebrequin.
Selon la , les premier et second pignons comprennent chacun un anneau périphérique portant une denture qui est porté par un disque prolongé radialement par un moyeu 17,18.
De manière connue, chaque pignon d’équilibrage 11,12 présente un anneau périphérique 13 denté tenu par un disque 16 est agencé de manière compacte en vis-à-vis d’une des deux faces 32, 34 du carter moteur, c’est-à-dire que le plan du disque 16 du pignon est sensiblement parallèle à la face 32,34 du carter.
Ledit moyeu 17,18 entoure un bras d’équilibrage 36,37 cylindrique qui s’étend depuis la face de distribution/d’accouplement du carter, ici de façon orthogonale. Il y a donc un premier bras 36 qui s’étend orthogonalement depuis la face de distribution 32 vers l’extérieur du carter du moteur selon l’axe X1, et un second bras d’équilibrage 37 qui s’étend orthogonalement depuis la face d’accouplement 34 dudit carter vers l’extérieur du carter moteur selon l’axe X2. Les deux bras 36,37 sont de préférence forcement coaxiaux ; toutefois selon l’encombrement de la face de distribution ou d’accouplement, ils peuvent être décalés angularement.
Le bras 37,38 est entouré par le moyeu 17,18 du pignon d’équilibrage 11,12.
De façon préférentiel, un palier de roulement 39,40 sans frottement est disposé entre le bras 37,38 et le moyeu 17,18. Ainsi le moyeu et donc chaque pignon est monté libre en rotation autour du bras d’équilibrage.
Les premier et second pignons 11,12 d’équilibrage présentent un balourd 19,20 c’est-à-dire une masse agencée de façon excentrée par rapport à l’axe de rotation X1,X2 de chaque pignon. Ladite masse peut par exemple être comme représentée en , une portion angulaire d’une plaque cylindrique rapportée solidaire contre le disque du pignon. Ladite masse peut être fixée contre le disque 16 du pignon par soudage ou issue d’une seule pièce avec le pignon. Ainsi les premier et second pignons d’équilibrage présentent chacun un balourd.
La masse est de préférence accolée contre le disque 16 du pignon tournée vers l’extérieur du carter du moteur.
Les pignons d’équilibrage 11,12 sont mobiles et libres en rotation autour d’un axe parallèle et distinct de l’axe du vilebrequin. La vitesse de rotation est égale à la vitesse de rotation du vilebrequin pour un moteur thermique équipé de 3 cylindres et de 2 fois la vitesse du vilebrequin pour un moteur thermique équipé de 4 cylindres. Le rapport de démultiplication peut être facilement respecté car les roues menantes du vilebrequin engrènent directement les pignons d’équilibrage.
Un moteur thermique avec 3 cylindres est équipé d’un dispositif d’équilibrage avec un unique couple formé par un premier et un second pignons d’équilibrage décrits ci-avant. La démultiplication est dans le rapport 1 entre la roue menante du vilebrequin et le pignon d’équilibrage.
Un moteur thermique avec 4 cylindres est équipé d’un dispositif d’équilibrage avec deux couples, chaque couple comprenant un premier et un second pignon d’équilibrage qui tournent à 2 fois la vitesse de rotation du vilebrequin. Le rapport de démultiplication est fixé à 2.
L’objectif est atteint :
Le dispositif d’équilibrage comprenant les premier et second pignons d’équilibrage, chaque pignon présente un balourd et est monté mobiles et libre en rotation autour d’un axe de rotation parallèle qui s’étend depuis la face du carter moteur vers l’extérieur dudit carter, permet de réduire l’encombrement global du carter du moteur. Ce carter ne comprend pas de logement pour loger un arbre d’équilibrage avec les balourds associés. Les rapports de vitesses de rotation sont bien fixés par le rapport d’engrenage des deux côtés.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.
Par exemple le bras d’équilibrage peut être partie du carter moteur. On peut penser à rigidifier davantage la fixation du bras au carter par des nervures pour encaisser des efforts produits par la rotation du vilebrequin.
Le premier ou le second pignon d’équilibrage de façon exclusive peut être équipé d’une came d’actionnement pour une pompe d’alimentation de carburant haute pression notamment pour un moteur thermique à 3 cylindres ce qui permet un compactage du moteur.
Claims (10)
- Dispositif d’équilibrage (10) de moteur à combustion interne comprenant un vilebrequin (30) présentant une première extrémité (31) débouchant d’une face de distribution (32) et une seconde extrémité opposée (33) débouchant d’une face d’accouplement (34) du carter moteur, les deux extrémités portant respectivement une première (14) et une seconde (15) roues dentées menantes,
Caractérisé en ce que lesdites roues engrènent respectivement un premier (11) et un second (12) pignons d’équilibrage montés mobiles en rotation sur la face de distribution (32) et sur la face d’accouplement (34) du carter. - Dispositif d’équilibrage (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier (11) et second (12) pignons présentent chacun un balourd (19,20) et sont montés libres en rotation autour de bras d’équilibrage (37,38) fixés respectivement à la face de distribution et d’accouplement du carter du moteur vers l’extérieur.
- Dispositif d’équilibrage (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le balourd (19,20) est une pièce rapportée et solidaire au premier (11) et second (12) pignon d’équilibrage.
- Dispositif d’équilibrage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’axe de rotation du premier pignon (11) est parallèle à l’axe de rotation du second pignon (12) d’équilibrage.
- Dispositif d’équilibrage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premier (11) et second (12) pignons sont identiques.
- Dispositif d’équilibrage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les bras de rotation (37,38) des premier (11) et second (12) pignons sont parallèles à l’axe de rotation (X) du vilebrequin.
- Dispositif d’équilibrage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les premier (37) et second bras (38) d’équilibrage sont partie du carter moteur et s’étendent respectivement depuis les faces de distribution (32) et d’accouplement (34) du moteur vers l’extérieur du carter moteur.
- Dispositif d’équilibrage (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les premier (11) et second (12) pignons d’équilibrage engrènent directement respectivement les première (14) et seconde (15) roues menantes du vilebrequin (30).
- Moteur thermique comprenant un vilebrequin (30) présentant une première extrémité (31) débouchant d’une face de distribution (32) et une seconde extrémité opposée (33) débouchant d’une face d’accouplement (34), les deux extrémités portant respectivement une première (14) et une seconde (15) roues dentées menantes, et un dispositif d’équilibrage (10) comportant un premier (11) et un second pignons (12) montés libres en rotation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
- Moteur thermique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moteur thermique est équipé de 3 cylindres et d’un dispositif d’équilibrage comprenant un seul couple de pignons d’équilibrage formé par un premier (11) et un second (12) pignons d’équilibrage.
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