WO1997036096A1 - Moteur a rapport volumetrique variable et son procede de montage - Google Patents

Moteur a rapport volumetrique variable et son procede de montage Download PDF

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B75/18Multi-cylinder engines
    • F02B2075/1804Number of cylinders
    • F02B2075/1816Number of cylinders four

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine with variable volumetric ratio and its mounting method, where the volume of the combustion chambers is modified by displacement of the crankshaft (3) relative to the cylinder head, the crankshaft being supported by a crankshaft block ( 1) distinct from the cylinder block (2) and which encloses the latter, the two blocks being able to move relative to one another by means of a displacement device and members ensuring their maintenance and their guidance, and comprising machining intended to receive said devices and members, said displacement device being composed of a cylindrical displacement journal (4) of length close to the distance which separates the extreme bearings of the crankshaft and comprising at least at its ends two concentric crank pins eccentric by relative to the axis of the journal, said journal being mounted in a bearing (22) of one of the blocks, cylinder block or crankshaft block uin, and being capable of pivoting under the action of a control device (5) to drive the crank pins (41) which, integral with the other block, cause the relative displacement of the two blocks.
  • Such an engine is intended, in particular, for motor vehicles, generator sets and engine test benches.
  • the operating range of conventional spark ignition engines has a majority of areas where the energy efficiency is poor compared to the maximum efficiency. These zones correspond either to reduced load regimes qualified as economic, or to high regimes where the torque decreases when the rotation speed increases. In these two cases, the filling of the cylinders is incomplete, the resulting pressure in the combustion chambers is low and the thermodynamic efficiency of the engine decreases, therefore the specific consumption increases; to this phenomenon is added the poor combustion of the air-fuel mixture for the same reasons, which further reduces the overall yield.
  • FIG. 2 is a perspective view of the cylinder block constructed in one piece. - “ , "” ,, PCT / TR97 / 00500 97/36096
  • FIG. 3 shows in " section a cylinder block constructed in two parts, the bearings of the displacement journal are attached and fixed by screws.
  • FIG. 4 shows a displacement journal composed of eccentric sections mounted on a fluted shaft.
  • FIG. 5 shows the complete engine in section.
  • FIG. 6 shows the device for adjusting the length of the timing belt.
  • the cylinder block (2) is made in a single part
  • the displacement pin (4) is located in the lower part of the cylinder block, on the side opposite to the cylinder head relative to the crankshaft
  • the crankshaft block (1) consists of two separate half-shells (11) and (12) which are assembled during assembly, to enclose the cylinder block (2), along a plane (13) very close to that containing the axes of the crankshaft (3) and of the displacement journal (4), each of the half-shells comprising partitions (19) supporting the half-bearings of the crankshaft journals (14) and the half-bearings of the crankpins (15) of the displacement pin and a guide device (16) bearing on the cylinder block.
  • the cylinder block (2) ( Figure 2) has, in its middle part a hole (21) arranged to receive the crankshaft (3) and whose dimensions allow the rotation of the rod-crankshaft assembly both in their high position - volume minimum chambers - only in their low position - maximum chamber volume - during operation, and in its lower part the bearings (22) of the displacement pin, these being offset from the plane of the cylinders so as to leave sufficient space for machining holes (23) therein to place the connecting rod half-bearings on the crankshaft crank pins.
  • the cylinder block (2) comprises, transversely and at each crankshaft bearing, a vertical recess (28) allowing the passage of the corresponding partition (19) of the crankshaft block.
  • the cylinder block (2) has a separate lower part (24) supporting the bearings (22) of the displacement pin (4) attached under the upper part of the cylinder block (2) and connected to the latter by fixing means such as bolts, the crankshaft in this case being received in the usual way between these two parts.
  • the lower parts of the cylinder block are connected together by shims (29) adjusted between said said recesses, located substantially at the level of the bearing supports of the displacement journal and installed during assembly of the crankshaft block, the cylinder block and said shims being locked together, for example by means of longitudinal bolts, each partition (19) of the crankshaft block (1) being hollowed out (17) in order to receive said shim with sufficient play to allow the relative displacement of the two blocks.
  • the cylinder block comprises (FIG. 2) at each junction of the cylinder bases, and connecting the two walls lateral of the cylinder block, transverse reinforcements (25) preventing its deformation despite the lateral pressures induced by the traction exerted on said walls by the displacement device
  • the displacement journal is in one piece (4) and is introduced directly into the bearings (22) of the crankshaft block.
  • the displacement journal consists of a set of cylindrical sections (43) eccentric relative to each other and independent, installed in the cylinder block and connected together by a splined shaft (44 ) which secures them, then blocked by fixing means such as bolts located at at least one of the ends of said splined shaft.
  • the engine is mounted in the following order by first introducing the crankshaft (3) into the hole (21) of the cylinder block (2) provided for this effect, then by inserting the connecting rods and pistons, and their jacket if there is one, in the cylinders from above, then by bringing the crankshaft crank pins and their associated connecting rod opposite the hole (23) for the passage of the half connecting rod bearing, and finally by fixing the latter to its connecting rod- around the corresponding crankpin.
  • crankshaft block (1) The assembly of the crankshaft block (1) is carried out after the cylinder block is completely assembled and equipped with the movable crankshaft-connecting rods-pistons assembly and the displacement journal, by assembling, by means of screws for example, the two half - shells (11) and (12) of which it is made, and of which the half-bearings (14) and (15) come to hold, on the one hand the crank pins (41) of the displacement pin, and on the other hand the crankshaft journals (31), the two half-shells thus assembled enclosing the cylinder block (2).
  • the cylinder block and the crankshaft block (FIG.
  • this motor comprises a device for adjusting the length of the timing belt (FIG. 6) placed between the pulleys integral with the crankshaft block and those integral with the cylinder block, said device consisting, on the one hand on the tractor side of the belt, of two pulleys (71) and (72), the first from the crankshaft drive pinion (74) being integral with the crankshaft block, the following being integral with the cylinder block, the portion of belt (73) which connects them being substantially perpendicular to the plane of movement of the two blocks, and on the other hand, on the return side of the belt, of a large-amplitude belt tensioner, or of a another pair of pulleys.
  • This catch-up device also applies to a distribution chain.

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Abstract

L'invention concerne un moteur à rapport volumétrique variable et son procédé de montage. Dans le présent moteur, la variation du rapport volumétrique s'effectue pendant la marche par déplacement du vilebrequin par rapport à la culasse. Il est constitué d'un bloc cylindre (2) et d'un bloc vilebrequin (1) indépendants, le premier recevant la culasse, le second recevant l'ensemble mobile vilebrequin (3), bielles et pistons; les deux blocs se déplacent l'un par rapport à l'autre grâce à un dispositif de déplacement (4) situé sous le vilebrequin et sont reliés l'un à l'autre par des organes de maintien et de guidage. Le bloc vilebrequin est constitué de deux demi-coquilles (11 et 12) comportant chacune des cloisons (19) supportant les demi-paliers du vilebrequin et ceux du dispositif de déplacement; une fois assemblées, ces demi-coquilles maintiennent le vilebrequin et le dispositif de déplacement, et enferment le bloc cylindre.

Description

DESCRIPTION
MOTEUR A RAPPORT VOLUMETRIQUE VARIABLE ET SON PROCEDE DE MONTAGE
La présente invention concerne un moteur à combustion interne à rapport volumétrique variable et son procédé de montage, où le volume des chambres de combustion est modifié par déplacement du vilebrequin (3) par rapport à la culasse, le vilebrequin étant supporté par un bloc vilebrequin (1) distinct du bloc cylindre (2) et qui enferme ce dernier, les deux blocs pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre grâce à un dispositif de déplacement et à des organes assurant leur maintien et leur guidage, et comportant des usinages destinés à recevoir lesdits dispositifs et organes, ledit dispositif de déplacement étant composé d'un tourillon de déplacement cylindrique (4) de longueur voisine de la distance qui sépare les paliers extrêmes du vilebrequin et comportant au moins à ses extrémités deux manetons concentriques excentrés par rapport à l'axe du tourillon, ledit tourillon étant monté dans un palier (22) de l'un des blocs, bloc cylindre ou bloc vilebrequin, et étant susceptible de pivoter sous l'action d'un dispositif de commande (5) pour entrainer les manetons (41) qui, solidaires de l'autre bloc, provoquent le déplacement relatif des deux blocs. Un tel moteur est destiné, en particulier, aux véhicules automobiles, aux groupes électrogènes et aux bancs d'essai de moteurs. La plage de fonctionnement des moteurs à allumage commandé classiques présente une majorité de zones où le rendement énergétique est médiocre par rapport au rendement maximum. Ces zones correspondent soit à des régimes à charge réduite qualifiés d'économique, soit à des régimes élevés où le couple décroit quand la vitesse de rotation augmente. Dans ces deux cas, le remplissage des cylindres est incomplet, la pression résultante dans les chambres de combustion est faible et le rendement thermodynamique du moteur diminue, donc la consommation spécifique augmente ; à ce phénomène s'ajoute la mauvaise combustion du mélange air-essence pour les mêmes raisons, ce qui diminue encore le rendement global.
Les moteurs à rapport volumétrique variable pallient à cet inconvénient en maintenant à son maximum admissible la pression de combustion quelle que soit la charge, par contre ils apportent d'autres inconvénients, en particulier ils comportent plus de pièces mécaniques qu'un moteur traditionnel, sont plus fragiles et plus difficiles à construire. La présente
- invention se propose d'améliorer la robustesse de tels moteurs et d'en simplifier la structure et la fabrication. - La figure 1 présente les différentes pièces du moteur et leur assemblage.
- La figure 2 est une vue en perspective du bloc cylindre construit en une seule pièce. -«,««,, PCT/TR97/00500 97/36096
- La figure 3 présente en" coupe un bloc cylindre construit en deux pièces dont les paliers du tourillon de déplacement sont rapportés et fixés par vis.
- La figure 4 représente un tourillon de déplacement composé de tronçons excentriques montés sur un arbre canelé. - La figure 5 représente le moteur complet en coupe.
- La figure 6 montre le dispositif de rattrapage de longueur de courroie de distribution.
- La figure 7 montre les cales permettant de rigidifier le bloc cylindre.
Selon l'invention, suivant un mode de réalisation préférentiel (figure 1), le bloc cylindre (2) est réalisé en une seule partie, le tourillon de déplacement (4) est situé en partie basse du bloc cylindre, du coté opposé à la culasse par rapport au vilebrequin et le bloc vilebrequin (1) est constitué de deux demi-coquilles (11) et (12) séparées qui s'assemblent au montage, pour enfermer le bloc cylindre (2), suivant un plan (13) très proche de celui contenant les axes du vilebrequin (3) et du tourillon de déplacement (4), chacune des demi- coquilles comportant des cloisons (19) supportant les demi-paliers des tourillons du vilebrequin (14) et les demi-paliers des manetons (15) du tourillon de déplacement ainsi qu'un dispositif de guidage (16) prenant appui sur le bloc cylindre.
Le bloc cylindre (2) (figure 2) comporte, dans sa partie médiane un trou (21) aménagé pour recevoir le vilebrequin (3) et dont les dimensions permettent la rotation de l'ensemble bielles-vilebrequin tant dans leur position haute - volume des chambres minimum - que dans leur position basse - volume des chambres maximum - pendant la marche, et dans sa partie inférieure les paliers (22) du tourillon de déplacement, ceux-ci étant décalés du plan des cylindres de manière à laisser une place suffisante pour y usiner des trous (23) permettant de mettre en place les demi-paliers de tête de bielle sur les manetons du vilebrequin.
Le bloc cylindre (2) comporte, transversalement et à chaque palier de vilebrequin, un évidement vertical (28) permettant le passage de la cloison (19) correspondante du bloc vilebrequin.
Selon une variante de construction (figure 3), le bloc cylindre (2) comporte une partie basse distincte (24) supportant les paliers (22) du tourillon de déplacement (4) rapportée sous la partie supérieure du bloc cylindre (2) et reliée à celle-ci par des moyens de fixation tels que boulons, le vilebrequin étant dans ce cas reçu de manière habituelle entre ces deux parties.
Afin de rigidifier le bloc cylindre (2) malgré les évidements latéraux (28) qui y sont pratiqués, ceux-ci laissent pleine la partie basse du bloc cylindre ou sa partie rapportée (24), formant ainsi une pièce de liaison (26) entre les supports de palier (22) du tourillon de déplacement (4), chaque cloison (19) du bloc vilebrequin (1) étant évidée (17) afin de recevoir ladite pièce de liaison'avec un jeu suffisant pour permettre le déplacement relatif des deux blocs.
Suivant une variante de construction (figure 7), afin de rigidifier le bloc cylindre (2) malgré les évidements latéraux (28) qui y sont pratiqués, les parties basses du bloc cylindre sont reliées entre elles par des cales (29) ajustées entre lesdits évidements, situées sensiblement au niveau des supports de paliers du tourillon de déplacement et installées lors du montage du bloc vilebrequin, le bloc cylindre et lesdites cales étant bloqués entre eux, par exemple au moyen de boulons longitudinaux, chaque cloison (19) du bloc vilebrequin (1) étant évidée (17) afin de recevoir ladite cale avec un jeu suffisant pour permettre le déplacement relatif des deux blocs.
Toujours dans le but d'améliorer la rigidité du bloc cylindre, surtout s'il s'agit d'un moteur à chemises humides rapportées, le bloc cylindre comporte (figure 2) à chaque jonction des embases de cylindre, et reliant les deux parois latérales du bloc cylindre, des renforts transversaux (25) empêchant sa déformation malgré les pressions latérales induites par la traction exercée sur lesdites parois par le dispositif de déplacement
Suivant une forme de réalisation préférentiel, le tourillon de déplacement est monobloc (4) et s'introduit directement dans les paliers (22) du bloc vilebrequin.
Suivant une variante de réalisation (figure 4) le tourillon de déplacement est constitué d'un ensemble de tronçons cylindriques (43) excentrés les uns par rapport aux autres et indépendants, installés dans le bloc cylindre et reliés entre eux par un arbre cannelé (44) qui assure leur calage, puis bloqués par des moyens de fixation tels que boulons situés à au moins une des extrémités du dit arbre cannelé.
Suivant un mode de réalisation préférentiel (figure 1), le montage du moteur s'effectue dans l'ordre ci-après en introduisant d'abord le vilebrequin (3) dans le trou (21) du bloc cylindre (2) prévu à cet effet, puis en introduisant les bielles et pistons, et leur chemise s'il y a lieu, dans les cylindres par le haut, puis en amenant les manetons du vilebrequin et leur bielle associée en regard du trou (23) de passage du demi-palier de tête de bielle, et enfin en fixant ce dernier à sa bielle- autour du maneton de vilebrequin correspondant.
Le montage du bloc vilebrequin (1) s'effectue après que le bloc cylindre soit complètement assemblé et équipé de l'ensemble mobile vilebrequin-bielles-pistons et du tourillon de déplacement, en assemblant, au moyen de vis par exemple, les deux demi- coquilles (11) et (12) dont il est constitué, et dont les demi-paliers (14) et (15) viennent ' maintenir, d'une part les manetons (41) du tourillon de déplacement, et d'autre part les tourillons (31) du vilebrequin, les deux demi-coquilles ainsi assemblées enfermant le bloc cylindre (2). De plus, afin d'éviter que les vibrations dues au fonctionnement du moteur ne provoquent une usure excessive des organes de déplacement, le bloc cylindre et le bloc vilebrequin (figure 5) sont soumis en permanence à des forces importantes tendant à les repousser, ces forces étant produites par la mise sous pression d'un joint (6) pneumatique ou hydraulique situé en partie haute du moteur et prenant appui entre la colerette (27) du bloc cylindre et le plan supérieur (18) du bloc vilebrequin.
Afin de maintenir constant le calage de la distribution malgré le déplacement relatif des deux blocs, ce moteur comporte un dispositif de rattrapage de longueur de courroie de distribution (figure 6) placé entre les poulies solidaires du bloc vilebrequin et celles solidaires du bloc cylindre, ledit dispositif étant constitué, d'une part coté tracteur de la courroie, de deux poulies (71) et (72), la première à partir du pignon d'entrainement du vilebrequin (74) étant solidaire du bloc vilebrequin, la suivante étant solidaire du bloc cylindre, la portion de courroie (73) qui les relie étant sensiblement perpendiculaire au plan de déplacement des deux blocs, et d'autre part, coté retour de la courroie, d'un tendeur de courroie de grande amplidude, ou d'une autre paire de poulies. Ce dispositif de rattrapage s'applique également à une chaine de distribution.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne à rapport volumétrique variable où le volume des chambres de combustion est modifié par déplacement du vilebrequin par rapport à la culasse, le vilebrequin (3) étant supporté par un bloc vilebrequin (1) distinct du bloc cylindre (2) et qui enferme ce dernier, les deux blocs pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre grâce à un dispositif de déplacement, tout en restant reliés à des organes assurant leur maintien et leur guidage et comportant des usinages destinés à recevoir lesdits dispositifs et organes, ledit dispositif de déplacement étant composé d'un tourillon de déplacement cylindrique (4) de longueur voisine de la distance qui sépare les paliers extrêmes du vilebrequin et comportant au moins à ses extrémités deux manetons (41) concentriques excentrés par rapport à l'axe du tourillon, ledit tourillon étant monté sous le vilebrequin, du coté opposé à la culasse par rapport au vilebrequin, dans un palier de l'un des blocs, bloc cylindre ou bloc vilebrequin, et étant susceptible de pivoter sous l'action d'un dispositif de commande (5) pour entrainer les manetons qui, solidaires de l'autre bloc, provoquent le déplacement relatif des deux blocs, caractérisé en ce que le bloc vilebrequin (1) est constitué de deux demi-coquilles (11) et (12) qui s'assemblent au montage suivant un plan (13) proche de celui contenant les axes du vilebrequin et du tourillon de déplacement, chacune d'elles comportant des cloisons (19) supportant les demi-paliers (14) des tourillons (31) du vilebrequin (3) et les demi-paliers (15) des manetons (41) du tourillon de déplacement, et en ce que le bloc cylindre (2) comporte transversalement des évidements verticaux (28) permettant le passage des dites cloisons.
2. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bloc cylindre (2) est réalisé en une seule partie et comporte, dans sa partie médiane un trou longitudinal (21) aménagé pour recevoir le vilebrequin et dont les dimensions permettent la rotation de l'ensemble bielles-vilebrequin tant en position haute - volume des chambres rmnimum - qu'en position basse - volume des chambres maximum - pendant la marche, et dans sa partie inférieure les paliers (22) du tourillon de déplacement, ceux-ci étant décalés du pian des cylindres de manière à laisser une place suffisante pour y usiner des trous (23) permettant de mettre en place les demi-paliers de tête de bielle sur les manetons du vilebrequin.
3. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bloc cylindre (2) comporte une partie basse distincte (24) supportant les paliers (22) du tourillon de déplacement (4) rapportée sous la partie supérieure du bloc cylindre (2) et reliée à celle-ci par des moyens de fixation tels que boulons, le vilebrequin étant dans ce cas reçu de manière habituelle entre ces deux parties.
4. Moteur selon la revendication 1 dont le tourillon de déplacement (4) est constitué d'un ensemble de tronçons cylindriques (43) excentrés les uns par rapport aux autres et indépendants, installés dans le bloc cylindre et reliés entre eux par un arbre cannelé (44) qui assure leur calage, puis bloqués par des moyens de fixation tels que boulons situés à au moins une des extrémités du dit arbre cannelé.
5. Moteur selon la revendication 1 et l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé par le fait que le bloc cylindre (2) comporte à chaque jonction des embases de cylindre, et reliant les deux parois latérales du bloc cylindre, des renforts transversaux (25) empêchant sa déformation malgré les pressions latérales induites par la traction exercée sur lesdites parois par le dispositif de déplacement
6. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, afin de rigidifier le bloc cylindre (2) malgré les évidements latéraux (28) qui y sont pratiqués, lesdits évidements laissent pleine la partie basse du bloc cylindre ou sa partie rapportée (24), formant ainsi une pièce de liaison (26) entre les supports de palier (22) du tourillon de déplacement (4), chaque cloison (19) du bloc vilebrequin (1) étant évidée (17) afin de recevoir ladite pièce de liaison avec un jeu suffisant pour permettre le déplacement relatif des deux blocs.
7. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que, afin de rigidifier le bloc cylindre (2) malgré les évidements latéraux (28) qui y sont pratiqués, les parties basses du bloc cylindre sont reliées entre elles par des cales (29) ajustées entre lesdits évidements, situées sensiblement au niveau des supports de palier du tourillon de déplacement et installées lors du montage du bloc vilebrequin, le bloc cylindre et lesdites cales étant bloqués entre eux, par exemple au moyen de boulons longitudinaux, chaque cloison (19) du bloc vilebrequin (1) étant évidée (17) afin de recevoir ladite cale avec un jeu suffisant pour permettre le déplacement relatif des deux blocs.
8. Procédé de montage du moteur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il consiste à introduire d'abord le vilebrequin (3) dans le trou (21) du bloc cylindre prévu à cet effet, puis à introduire les bielles et pistons, et leur chemise s'il y a lieu, dans les cylindres par le haut, puis à amener les manetons du vilebrequin et leur bielle associée en regard du trou (23) de passage du demi-palier de tête de bielle, et enfin à fixer ce dernier à sa bielle- autour du maneton de vilebrequin correspondant.
9. Procédé de montage du moteur selon la revendication 1 et l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il consiste à monter le bloc vilebrequin après que le bloc cylindre - soit complètement assemblé et équipé de l'ensemble mobile vilebrequin-bielles-pistons et du tourillon de déplacement, en assemblant, au moyen de vis par exemple, les deux demi- coquilles (11 ) et (12) dont il est constitué, et dont les demi-paliers (14) et (15) viennent maintenir, d'une part les manetons (41) du tourillon (31) de déplacement, et d'autre part les tourillons du vilebrequin, les deux demi-coquilles ainsi assemblées enfermant le bloc cylindre
(2).
10. Moteur selon la revendication 1 du type comportant des moyens exerçant en permanence à des forces importantes tendant à repousser le bloc cylindre (2) du bloc vilebrequin (1) afin d'éviter que les vibrations dues au fonctionnement du moteur ne provoquent une usure excessive des organes de déplacement caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués d'un joint (6) situé en partie haute du moteur et prenant appui entre la colerette (27) du bloc cylindre et le plan supérieur (18) du bloc vilebrequin et soumis à une pression pneumatique ou hydraulique.
11. Moteur selon la revendication 1 du type comportant un dispositif de rattrapage de longueur de courroie de distribution caractérisé en ce que ce dispositif est constitué, coté tracteur de la courroie, de deux poulies (71) et (72), la première à partir du pignon d'entrainement du vilebrequin (74) étant solidaire du bloc vilebrequin, la suivante étant solidaire du bloc cylindre, la portion de courroie (73) qui les relie étant sensiblement perpendiculaire au plan de déplacement des deux blocs et qu'il est placé entre les poulies solidaires du bloc vilebrequin et celles solidaires du bloc cylindre.
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