DISPOSITIF PERMETTANT DE MESURER DIRECTEMENT SUR LE PISTON LE

RAPPORT VOLUMéTRIQUE EFFECTIF D'UN MOTEUR A TAUX DE

COMPRESSION VARIABLE

La présente invention a pour objet un dispositif permettant de mesurer directement sur le piston le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre d'un moteur à taux de compression variable qui comprend au moins un capteur fixé sur le carter cylindre dudit moteur qui détecte le passage d'au moins une cible solidaire du piston dudit moteur, ledit capteur coopérant avec au moins un capteur de position angulaire du vilebrequin dudit moteur, et un calculateur.

On connaît, d'après les brevets internationaux WO98/51911 , WO00/31377, WO03/008783 appartenant au demandeur, différents dispositifs mécaniques pour moteur à cylindrée variable.

On remarque que le brevet international WO98/51911 au nom du demandeur décrit un dispositif servant à améliorer le rendement global des moteurs à combustion interne à pistons utilisés à charge et régime variables par adaptation en marche de leur cylindrée effective et/ou de leur rapport volumétrique. Ce type de moteur étant connu de l'homme de l'art sous la dénomination « moteur à taux de compression variable », cette dénomination sera retenue dans le texte qui suit.

On constate que selon le brevet international WO00/31377 au nom du demandeur, le dispositif de transmission mécanique pour moteur à taux de compression variable comprend un piston solidaire dans sa partie inférieure d'un organe de transmission coopérant d'une part avec un dispositif de guidage à roulement, et d'autre part avec une roue dentée solidaire d'une bielle permettant de réaliser la transmission du mouvement entre ledit piston et ladite bielle.

On note que selon le brevet international WO03/008783 au nom du demandeur le dispositif de transmission mécanique pour moteur à taux de compression variable comprend au moins un cylindre dans lequel se déplace un piston qui est solidaire, dans sa partie inférieure, d'un organe de transmission coopérant d'une part au moyen d'une crémaillère de faible dimension avec un dispositif de guidage à roulement, et d'autre part au moyen d'une autre crémaillère de forte dimension avec une roue dentée solidaire d'une bielle.

Ledit dispositif de transmission mécanique pour moteur à taux de compression variable comprend également au moins une crémaillère de commande coopérant avec la roue dentée, des moyens de fixation du piston sur l'organe de transmission qui offrent une précontrainte de serrage, des moyens de liaison qui permettent de rigidifier les dents des crémaillères, et des moyens de renforcement et d'allégement de la structure de la roue dentée.

On observe que selon les brevets internationaux WO98/51911 et PCT/FR2007/000149, le taux de compression du moteur à taux de compression variable est réglé au moyen d'un vérin hydraulique de commande

dont le déplacement est assuré par les efforts résultant de l'inertie des pièces en mouvement et de la pression des gaz du moteur qui sont appliqués à la crémaillère de commande dont ledit vérin est solidaire. On note que selon les brevets WO98/51911 , WO2005/098219 et FR N°06/00708, un capteur peut être prévu pour mesurer la position de la crémaillère de commande du moteur à taux de compression variable afin de renseigner le calculateur de gestion dudit moteur sur la position de ladite crémaillère de commande.

On remarque, dans l'ensemble des demandes de brevets et brevets d'invention précités au nom du demandeur, que le système de transmission de puissance du moteur à taux de compression variable comporte davantage de pièces mobiles que celui d'un moteur classique à taux de compression fixe. Cette particularité rallonge la chaîne de cotes dont dépend la position du piston par rapport à la culasse.

On note toutefois que la demande de brevet en France N°u6/00708 au nom du demandeur décrit un dispositif de réglage initial du taux de compression cylindre par cylindre, applicable au moteur à taux de compression variable notamment lors de son montage, et qui permet de minimiser les dispersions de taux de compression entre les cylindres d'un même moteur.

Tenant compte du nombre important de pièces mobiles du moteur à taux de compression variable, de la somme des jeux fonctionnels entre lesdites pièces, des dilatations différentielles entre lesdites pièces qui sont soumises à des températures de fonctionnement variables, des usures et matages auxquels sont possiblement soumises les surfaces de contact des dites pièces durant la vie dudit moteur, il n'est pas possible de garantir que la valeur du rapport volumétrique dudit moteur rapportée par un capteur qui mesure la position de la crémaillère de commande dudit moteur correspond bien au rapport volumétrique effectif dudit moteur.

C'est pour résoudre ce problème que le dispositif selon l'invention permet de mesurer le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre du moteur à taux de compression variable directement sur le piston alors que ce dernier effectue un mouvement de translation alternatif dans ledit cylindre.

A ce titre, le dispositif selon l'invention permet, à partir du captage de deux signaux et d'un calcul effectué par un calculateur, de renseigner le système de gestion du moteur à taux de compression variable sur l'altitude effective du piston au Point Mort Haut (PMH) par rapport à la culasse dudit moteur.

Ainsi, le dispositif selon l'invention permet d'améliorer dans d'importantes proportions la fiabilité de la mesure du rapport volumétrique effectif dudit moteur en ce que :

- La mesure directe sur le piston du moteur à taux de compression variable de l'altitude dudit piston durant le fonctionnement dudit moteur permet de réduire les erreurs induites par les inhomogénéités de dilatation des différents composants dudit moteur, lesdites inhomogénéités de dilatation conduisant à une différence entre la position du piston au Point Mort Haut

(PMH) dudit moteur calculée à partir de la position de la crémaillère de commande mesurée au moyen d'un capteur directement implanté sur ladite crémaillère, et la position effective du piston au Point Mort Haut (PMH) dudit moteur dont dépend le rapport volumétrique effectif dudit moteur.

- La mesure directe sur le piston du moteur à taux de compression variable de l'altitude dudit piston durant le fonctionnement dudit moteur permet de réduire les erreurs induites par les variations de jeu de fonctionnement entre les différents composants dudit moteur, lesdites variations de jeu conduisant à une différence entre la position du piston au Point Mort Haut

(PMH) dudit moteur calculée à partir de la position de la crémaillère de commande mesurée au moyen d'un capteur directement implanté sur ladite crémaillère, et la position effective du piston au Point Mort Haut (PMH) dudit moteur dont dépend le rapport volumétrique effectif dudit moteur.

- La mesure directe sur le piston du moteur à taux de compression variable de l'altitude dudit piston durant le fonctionnement dudit moteur permet de réduire les erreurs induites par l'usure, le matage ou la déformation des différents composants dudit moteur, ladite usure, ledit matage ou ladite déformation pouvant conduire à une différence entre la position du piston au Point Mort Haut (PMH) dudit moteur calculée à partir de la position de la crémaillère de commande mesurée au moyen d'un capteur directement implanté sur ladite crémaillère, et la position effective du piston au Point Mort Haut (PMH) dudit moteur dont dépend le rapport volumétrique effectif dudit moteur.

C'est donc pour rendre plus fiable et plus précise la mesure du rapport volumétrique du moteur à taux de compression variable que le dispositif selon l'invention prévoit de mesurer le rapport volumétrique effectif dudit moteur en fonctionnement directement sur le piston dudit moteur, ce qui permet :

• De réduire de façon significative les incertitudes liées à Ia mesure du rapport volumétrique effectif du moteur à taux de compression variable, que lesdites incertitudes soient liées à des dilatations inhomogènes ou à une modification des jeux fonctionnels et des dimensions des pièces mobiles dudit moteur ;

• De réduire les risques de cliquetis caractéristique d'une combustion anormale, ledit cliquetis pouvant survenir si un rapport volumétrique trop élevé a été mis en œuvre sur le moteur à taux de compression variable à cause d'une mesure du rapport volumétrique dudit moteur non représentative du rapport volumétrique effectif dudit moteur, ledit cliquetis pouvant endommager ledit moteur ;

• D'optimiser le rendement du moteur à taux de compression variable grâce à une mesure du rapport volumétrique effectif plus fiable et qui permet de se rapprocher de la limite du cliquetis sans toutefois l'atteindre.

Le dispositif permettant de mesurer le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre d'un moteur à taux de compression variable suivant la présente invention comprend au moins un capteur de passage de cible fixé sur le carter cylindre et situé sous la surface de roulement du rouleau synchronisé d'un dispositif de guidage à roulement qui détecte le passage d'au moins une cible située sur un organe de transmission solidaire du piston dudit moteur, ledit capteur de passage de cible coopérant avec au moins un capteur de position angulaire de vilebrequin dudit moteur, et un calculateur. Le dispositif permettant de mesurer le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre d'un moteur à taux de compression variable suivant la présente invention comprend une cible qui est placée sur la face de l'organe de transmission qui comporte une crémaillère de faible dimension. Le dispositif permettant de mesurer le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre d'un moteur à taux de compression variable suivant la présente invention comprend une cible qui est constituée d'un trou ou analogue ménagé dans l'organe de transmission. Le dispositif permettant de mesurer le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre d'un moteur à taux de compression variable suivant la présente invention comprend une cible qui est constituée d'un pion ou analogue solidaire de l'organe de transmission. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer.

Figure 1 est une vue en coupe schématique illustrant les principaux composants du dispositif permettant de mesurer le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre d'un moteur à taux de compression variable selon une variante de l'invention, et leur positionnement dans le moteur à taux de compression variable.

DESCRIPTION DE L'INVENTION :

On a montré en figure 1 un dispositif 90 permettant de mesurer directement sur le piston 2 le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre 110 d'un moteur à taux de compression variable. Selon les demandes de brevet et brevet d'invention appartenant au demandeur le moteur à taux de compression variable comprend un dispositif de transmission mécanique 1 comportant dans la partie inférieure du piston 2 un organe de

transmission 3 solidaire dudit piston et coopérant, d'une part avec un dispositif de guidage à roulement 4, et d'autre part avec une roue dentée 5.

La roue dentée 5 coopère avec une bielle 6 reliée à un vilebrequin 9 afin de réaliser la transmission du mouvement entre le piston 2 et ledit vilebrequin 9.

La roue dentée 5 coopère à l'opposé de l'organe de transmission 3 avec une crémaillère de commande 7 dont la position verticale par rapport au carter cylindre 100 est pilotée par un dispositif de contrôle 12 comportant un vérin de commande 8, dont le piston de vérin 13 est guidé dans un cylindre de vérin 112 aménagé dans le carter cylindre 100. Le vérin de commande 8 est constitué d'une tige supérieure de vérin 10, d'une tige inférieure de vérin 16, d'un piston de vérin 13 et d'une tige de contrôle 20. L'organe de transmission 3 solidaire du piston 2 est pourvu sur l'une de ses faces d'une première crémaillère de forte dimension 35 dont les dents 34 coopèrent avec celles 51 de la roue dentée 5.

L'organe de transmission 3 comporte, à l'opposé de la première crémaillère 35, une seconde crémaillère 37 dont les dents 38 de faible dimension coopèrent avec celles d'un rouleau 40 du dispositif de guidage à roulement 4.

Le carter cylindre 100 est solidaire d'un support 41 comportant des crémaillères 46 assurant la synchronisation du déplacement du rouleau 40 du dispositif de guidage à roulement 4 avec celui du piston 2.

Le dispositif 90 permettant de mesurer le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre 110 d'un moteur à taux de compression variable suivant la présente invention comprend au moins un capteur de passage de cible 91 fixé sur le carter cylindre 100.

Le dispositif 90 permettant de mesurer le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre 110 d'un moteur à taux de compression variable comprend au moins une cible 92 solidaire du piston 2. Le capteur de passage de cible 91 est prévu pour détecter le passage de la cible 92 solidaire du piston 2.

Le dispositif 90 permettant de mesurer le rapport volumétrique effectif d'au moins un cylindre 110 d'un moteur à taux de compression variable comprend au moins un capteur de position angulaire du vilebrequin 93, et au moins un calculateur 94.

Le capteur de passage de cible 91 est prévu pour coopérer avec le capteur de position angulaire du vilebrequin 93 et le calculateur 94.

Le capteur de passage de cible 91 est situé sous la surface de roulement du rouleau synchronisé 40 du dispositif de guidage à roulement 4 du moteur à taux de compression variable.

La cible 92, solidaire du piston 2, est située sur l'organe de transmission 3 du dispositif de transmission mécanique 1 du moteur à taux de compression variable.

La cible 92 est placée sur la face de l'organe de transmission 3 qui comporte la crémaillère de faible dimension 37 et à l'opposé des dents 34 de la première crémaillère de forte dimension 35.

La cible 92 peut être constituée d'un trou ou analogue ménagé dans l'organe de transmission 3.

Egalement, la cible 92 peut être constituée d'un pion ou analogue solidaire de l'organe de transmission 3.

Le capteur de passage de cible 91 fixé sur le carter cylindre 100 est basé sur le principe de l'effet « Hall ».

En variante, le capteur de passage de cible 91 peut être constitué d'une bobine cycliquement traversée par un courant électrique permettant de détecter le passage de la cible 92, ledit courant traversant ladite bobine lorsque la cible 92 passe devant ladite bobine, ladite cible 92 étant constituée d'un matériau qui crée un champ magnétique.

Selon un autre mode de réalisation le capteur de passage de cible 91 peut être constitué de deux bobines superposées définissant un transformateur de courant électrique miniature, le rapport de transformation du courant permettant de détecter le passage de la cible 92, ladite cible étant constituée d'un matériau magnétique.

Selon un autre mode de réalisation, le capteur de passage de cible 91 peut être à détection optique, de type capacitif, ou de tout autre type connu de l'homme de l'art.

FONCTIONNEMENT : Le fonctionnement du dispositif 90 permettant de mesurer directement sur le piston 2 le rapport voiumétrique effectif d'au moins un cylindre 110 du moteur à taux de compression variable est le suivant :

Lorsque le moteur à taux de compression variable fonctionne, le piston 2 effectue des allers retours entre son Point Mort Haut (PMH) et son Point Mort Bas (PMB).

A ce titre, la cible 92 solidaire du piston 2 passe devant le capteur de passage de cible 91 à chaque montée et à chaque descente dudit piston 2 dans son cylindre 110.

Lorsque ladite cible 92 passe devant ledit capteur de passage de cible 91 , le signal correspondant est reçu par le calculateur 94 qui enregistre - via un signal transmis par le capteur de position angulaire de vilebrequin 93 - la position

angulaire du vilebrequin 9 correspondant au passage de ladite cible 92, devant le capteur de passage de cible 91.

La position de la cible 92 par rapport à la calotte du piston 2, la position du capteur de passage de cible 91 par rapport à la culasse, non représentée, et la loi de variation de l'altitude du piston 2 en fonction de la position angulaire du vilebrequin 9 ayant été préalablement enregistrées dans la mémoire du calculateur 94, ledit calculateur peut déterminer la position de la calotte de piston

2 par rapport à la culasse lorsque le piston 2 aura atteint son Point Mort Haut (PMH), et donc, le rapport volumétrique effectif du moteur.

On note que plutôt que de mesurer et d'enregistrer la distance entre la calotte de piston 2 et la cible 92, et celle entre le capteur de passage de cible 91 et la culasse, une solution simple consiste à placer, au montage, chaque cylindre 110 du moteur à taux de compression variable à un rapport volumétrique connu et constaté au moyen d'une métrologie adaptée ou par tout autre moyen.

Une fois chaque cylindre 110 dudit moteur placé audit rapport volumétrique connu, le moteur est mis en rotation et le calculateur 94 peut établir de façon définitive la relation qu'il y a pour chaque cylindre 110 dudit moteur entre le rapport volumétrique dudit cylindre 110, le point de passage de la cible 92 du piston 2 dudit cylindre 110 devant le capteur de passage de cible 91 , et la position angulaire du vilebrequin 9 dudit moteur. Une fois cette relation connue, le calculateur 94 peut calculer à tout moment le rapport volumétrique effectif de chaque cylindre 110.

Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tout autre équivalent.