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CA 02271093 2005-09-02
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MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention se rapporte aux moteurs à combustion interne comportant
au
moins un premier vilebrequin lié à un arbre de sortie du moteur au moyen d'une
première
liaison en rotation, un deuxième vilebrequin lié à (arbre de sortie du moteur
au moyen
d'une deuxième liaison en rotation, et concerne plus particulièrement tes
moteurs destinés
à équiper des ultralégers motorisés (U.L.M.), des autogires, des avions légers
amateurs,
des aéroglisseurs, des hydroglisseurs, des drones, ou analogues.
Un problème primordial dans ce type d'application en cas de dysfonctionnement
moteur est d'assurer malgré tout la sécurité des pilotes et passagers
éventuels, et de
permettre à ceux- ci d'atteindre un point d'arrêt avec un maximum de sécurité.
Un autre
problème est d'éviter la destruction de matériels en raison d'incidents ou
d'accidents
provoqués directement ou indirectement par des dysfonctionnements moteur. En
conséquence, une motorisation pour de telles applications doit être très
fiable et robuste, et
rester toutefois légère, puissante, et pratique.
Le document EP 0316 286 décrit un groupe moteur pour avion ultraléger,
comprenant un bloc moteur portant au moins une paire d'unités motrices
autonomes, avec
des arbres d'entraînement connectés de manière indépendante à un arbre de
sortie commun
aux moyens d'unités de transmission unidirectionnelles, comprenant chacune une
roue
libre, disposées pour coupler l'arbre de sortie et les arbres d'entraînement
en rotation
uniquement quand les unités motrices respectives sont en condition de
fonctionnement.
Un tel groupe moteur en raison des transmissions unidirectionnelles, présente
l'inconvénient majeur de ne pas pouvoir garantir un calage angulaire
prédéterminé et
nécessaire des unités motrices entre elles par rapport à l'arbre de sortie,
par exemple 180°
pour deux unités, 120° pour trois, etc., pour assurer une répartition
équilibrée des efforts
sur (arbre de sortie, et donc un fonctionnement correct du groupe moteur. En
outre, un tel
groupe moteur ne permet pas d'utiliser (arbre de sortie pour transmettre un
mouvement de
rotation aux unités motrices, par exemple grâce à (inertie de l'arbre de
sortie et de l'hélice
montée dessus, ou pour effectuer un démarrage du groupe moteur à partir de
l'arbre de
sortie. De plus, un tel groupe moteur présente l'inconvénient de nécessiter
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la
autant de dispositifs à roue libre qu'il y a d'unités motrices, un tel
dispositif étant
notamment particulièrement encombrant ; dans le cas du document référencé, les
roues
libres sont placées sur (arbre de sortie les unes derrière les autres,
entraînant de ce fait un
encombrement axial du groupe moteur et un porte-à-faux d'arbre d'hélice très
importants.
La présente invention a pour objet de proposer une solution aux problèmes ci-
dessus et d'apporter d'autres avantages. Plus précisément, elle consiste en un
moteur à
combustion interne comportant au moins un premier vilebrequin lié à un arbre
de sortie
dudit moteur au moyen d'une première liaison en rotation, un deuxième
vilebrequin lié au
dit arbre de sortie du moteur au moyen d'une deuxième liaison en rotation,
caractérisé en
ce que ladite première liaison en rotation est réversible et comprend une
première roue
d'entraînement liée de manière complète en rotation au dit premier vilebrequin
par
l'intermédiaire d'une première liaison par obstacle apte à transmettre un
effort moteur issu
dudit premier vilebrequin vers ledit arbre de sortie et capable de se rompre,
lors d'un
dysfonctionnement entraînant une immobilisation dudit premier vilebrequin,
sous un effort
inférieur ou ëgal à (effort nécessaire à l'immobilisation dudit premier
vilebrequin, et en ce
que ladite deuxième liaison en rotation est réversible et comprend une
deuxième roue
d'entraînement liée de manière complète en rotation au dit deuxième
vilebrequin par
(intermédiaire d'une deuxième liaison par obstacle apte à transmettre un
effort moteur issu
dudit deuxième vilebrequin vers ledit arbre de sortie et capable de se rompre,
lors d'un
dysfonctionnement entraînant une immobilisation dudit deuxième vilebrequin,
sous un
effort inférieur ou égal à l'effort nécessaire à l'immobilisation dudit
deuxième vilebrequin.
Le moteur selon l'invention peut fonctionner malgré l'immobilisation d'un
vilebrequin au moins, par l'intermédiaire d'une rupture contrôlée de la
liaison liant (arbre
de sortie au vilebrequin immobilisé ou qui destiné à s'immobiliser à la suite
d'un
dysfonctionnement, par exemple un serrage de piston. Dans un moteur selon
l'invention
destine à équiper un U.L.M. ou analogue par exemple, (arbre de sortie qui est
solidaire de
l'hélice, pourra continuer à tourner malgré l'immobilisation d'un vilebrequin,
sous (effet du
couple moteur fourni par le ou les vilebrequins moteurs non immobilisés.
Ainsi, fU.L.M.
ou analogue pourra gagner un
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point d'atterrissage en toute sécurité, au lieu d'être soumis aux aléas du vol
plané dans le cas
de l'U.L.M. ou à la chute dans le cas d'un autogire par exemple. Il est à
noter que le moteur
selon l'invention peut comprendre avantageusement plus de deux vilebrequins.
Selon une caractéristique avantageuse, le moteur selon l'invention comprend au
moins
OS un troisième vilebrequin, une troisième liaison en rotation, une troisième
roue d'entraîne-
ment, une troisième liaison par obstacle.
Cette caractéristique concerne un moteur à trois vilebrequins chacun lié à
l'arbre de sor-
tie par l'intermédiaire d'une liaison par obstacle capable de se rompre. Dans
le cas d'une im-
mobilisation de n'importe leduel des vilebrequins, le moteur continue à
fonctionner sur les
deux autres vilebrequins, le vilebrequin immobilisé étant débrayé de l'arbre
de sortie par la
rupture de la liaison par obstacle concernée.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages
apparaîtront à
la lecture qui suit d'un exemple de mode de réalisation d'un moteur selon
l'invention, accom-
pagnée des dessins annexés, exemple donné à titre d'illustration et sans
qu'aucune interpréta-
tion restrictive de l'invention ne puisse en être tirée.
La figure 1 montre une vue de face partielle éclatée de l'exemple de mode de
réalisation
d'un moteur selon l'invention.
La figure 2 montre une vue partielle en coupe suivant la ligne I-I de la
figure 1.
La figure 3 montre un détail agrandi de la figure 2, plus particulièrement
relatif à la liai-
son par obstacle.
Les figures 4 et 5 montrent un même élément isolé de la figure 2, en
perspective pour la
figure 4 et en vue de derrière pour la figure 5.
Les figures 6 et 7 montrent un même élément isolé de la figure 1, en
perspective pour la
figure 6 et en vue de côté pour la figure 5.
Le moteur 1 représenté sur la figure 1 est un moteur à combustion interne à
trois cy-
lindres 2, 3, 4 placés en étoile (non représentés), deux temps, notamment
approprié pour
équiper les machines ênoncées plus haut. A chaque cylindre 2, 3, 4 correspond
un vile-
brequin 5, 6, 7 respectif. Le moteur 1 représenté sur les figures 1 et 2
comprend un premier
5 vilebrequin lié à un arbre de sortie 8 du moteur au moyen d'une première
liaison en rota-
tion, un deuxième 6 vilebrequin lié à l'arbre de sortie 8 du moteur au moyen
d'une deuxième
liaison en rotation, un troisième 7 vilebrequin lié à l'arbre de sortie 8 du
moteur au moyen
d'une troisième liaison en rotation. Les premier 5, deuxième 6, et troisième 7
vilebrequins
sont guidés en rotation dans un carter 9 selon tout moyen connu, par exemple
au moyen de
roulements 10 comme représenté sur ia figure 2. Il est à noter que la figure 2
correspond à
une coupe selon le premier cylindre 2, suivant la ligne I-I de la figure 1,
mais peut corres-
pondre indifféremment à la coupe similaire selon l'un quelconque des deux
autres cylindres 3
et 4. L'arbre de sortie 8 est l'arbre moteur sur lequel la puissance du moteur
est récupérée, et
porte une hélice (non représentée) dans l'exemple.
La première liaison en rotation est réversible et comprend une première 11
roue d'entraî-
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nement liée de manière complète en rotation au premier 5 vilebrequin par
l'intermédiaire
d'une première liaison par obstacle apte à transmettre un effort moteur issu
du premier 5 vile-
brequin vers l'arbre de sortie 8 et capable de se rompre, lors d'un
dysfonctionnement entraî-
nant une immobilisation du premier 5 vilebrequin, sous un effort inférieur ou
égal à l'effort
OS nécessaire à l'immobilisation du premier 5 vilebreduin. La deuxième liaison
en rotation est
réversible et comprend une deuxième 25 roue d'entraînement liée de manière
complète en ro-
tation au deuxième 6 vilebrequin par l'intermédiaire d'une deuxième liaison
par obstacle apte
à transmettre un effort moteur issu du deuxième 6 vilebrequin vers l'arbre de
sonie 8 et ca-
pable de se rompre, lors d'un dysfonctionnement entraînant une immobilisation
du deuxième
6 vilebrequin, sous un effort inférieur ou égal à l'effort nécessaire à
l'immobilisation du deu-
xième 6 vilebrequin. La troisième liaison en rotation est réversible et
comprend une troisième
26 roue d'entraînement liée de manière complète en rotation au troisième 7
vilebrequin par
l'intermédiaire d'une troisième liaison par obstacle apte à transmettre un
effort moteur issu du
troisième vilebrequin vers l'arbre de sortie 8 et capable de se rompre, lors
d'un dysfonction-
nement entraînant une immobilisation du tt~oisième 7 vilebrequin, sous un
effort inférieur ou
égal à l'effort nécessaire à l'immobilisation du troisième 7 vilebrequin.
Les première, deuxième, et troisième liaisons en rotation sont avantageusement
des liai-
sons par engrenage, comme représenté sur les figures 1 à 3.
De manière avantageuse, les première 11, deuxième 25, et troisième 26 roues
d'entraî-
nement, sont en prise sur une quatrième 12 roue entraînée liée de manière
complète en rota-
tion à l'arbre de sortie 8, selon tout moyen connu, par exemple par une
clavette 30, comme
représenté sur les figures 1 et 2.
On remarquera que le moteur représenté sur les figures 1 et 2 permet
avantageusement
un montage dans lequel les première 1 l, deuxième 25, troisième 26 roues
d'entraînement, et
quatrième 12 roue entraînée sont sensiblement ou exactement situées dans un
même plan, les
première 11, deuxième 25, et troisième 26 roues d'entraînement solidaires
respectivement
des premier 5, deuxième 6, et troisième 7 vilebrequins étant en prise sur la
circonférence de
la quatrième 12 roue entraînée selon un décalage angulaire, par exemple égal à
120° dans le
cas du moteur à trois cylindres en étoile, comme représenté sur la figure 1.
Ainsi, le moteur
selon l'invention possède une compacité fonctionnelle longitudinale
importante, une simplici-
té et une rationalité de la transmission du mouvement, permettant une
réduction de l'encom-
brement et du poids du moteur, et une augmentation de la fiabilité.
Il est à noter que dans la partie de description qui suit, il ne sera décrit
que la première
liaison par obstacle, les deuxième et troisième liaisons par obstacle étant
avantageusement si-
milaires à la première liaison par obstacle. Par ailleurs, chacune des trois
liaisons par obstacle
a pour fonction de transmettre l'effort moteur du vilebrequin concerné à
l'arbre de sortie tout
en permettant une rupture de la liaison en rotation entre ce vilebrequin et
l'arbre de sortie en
cas d'immobilisation de ce vilebrequin par suite par exemple d'un serrage du
piston action-
nant le vilebrequin concerné. Plusieurs pistons peuvent actionner un même
vilebrequin, le
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cas échéant. Ainsi, le serrage d'un piston par exemple, autorise le
fonctionnement du moteur
sur les deux cylindres restant, grâce au débrayage du vilebrequin immobilisé,
ce qui confère
au moteur selon l'invention une grande sécurité de fonctionnement.
La première liaison par obstacle comprend au moins une cheville 13 de
cisaillement. La
OS cheville 13 peut être remplacée par une clavette de cisaillement (non
représentée) ou ana-
logue, et ses dimensions et matériau seront avantageusement choisis, lorsque
la ou les che-
villes constituent le seul obstacle de la liaison par obstacle, de manière que
la ou les sections
de cisaillement, au nombre de deux dans l'exemple des figures, résistent à la
transmission de
l'effort moteur maximal du vilebrequin concerné en fonctionnement normal du
moteur, et se-
ront également choisis de manière que la ou les chevilles se cisaillent sous
un effort inférieur
ou égal à l'effort nécessaire à l'immobilisation du vilebrequin concerné
lorsque le moteur est
en fonctionnement.
Comme représenté sur la figure 3, la première liaison par obstacle comprend
une
première cheville 13, ou analogue, de cisaillement, et comprend
avantageusement addition-
nellement une première butée 14 d'entraînement apte à transmettre l'effort
moteur issu du
premier 5 vilebrequin vers l'arbre de sortie. La première butée 14 a pour but
essentiel d'éviter
que l'effort moteur ne soit transmis par la cheville de cisaillement, et que
la cheville de ci-
saillement soit utilisée uniquement lorsque le vilebrequin oppose une
résistance à l'arbre de
sortie. Ainsi, les dimensions et le matériau de la cheville seront choisis de
manière que celle-
ci puisse se cisailler sous un effort inférieur ou égal à l'effort nécessaire
à l'immobilisation du
premier 5 vilebrequin lorsque le moteur est en fonctionnement, la cheville
devant bien
évidemment résister à l'effort résistant maximal que peut opposer le
vilebrequin à l'arbre de
sortie en fonctionnement normal du moteur. Il est à noter que sur la figure 3,
les éléments de
carter n'ont pas été représentés, les éléments représentés n'étant pas en
coupe.
La première butée 14 d'entraînement comprend avantageusement au moins une dent
asy-
métrique 15 maintenue en prise dans un logement en creux 16 de forme
complémentaire, au
moyen de la cheville 13, clavette, ou analogue, de cisaillement, comme
représenté sur la figu-
re 3.
La dent asymétrique I 5 comprend de préférence une première face 17 apte à
transmettre
l'effort moteur et une deuxième face 18 opposée à la première face 1?,
permettant d'éviter
une mise en prise de la dent asymétrique 15 dans le logement en creux 16 en
cas de rupture
de la cheville 13, clavette, ou analogue, de cisaillement. La première face 17
est de préférence
comprise dans un plan passant par l'axe de rotation du vilebrequin concerné de
manière que
l'effort transmis soit perpendiculaire à la face 17, et la deuxième face 18 de
la dent asymé-
trique 15 possède avantageusement une inclinaison appropriée, comme représenté
sur la figu-
re 3, de manière que la dent 15 soit chassée du logement 16 lors de la rupture
de la cheville
13, et ne puisse s'y réintroduire.
Il est à noter que la présence de la butée d'entraînement introduit, par la
deuxième face
18 inclinée de la dent 15, une composante axiale et des frottements
supplémentaires pour la
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rupture de la cheville 13, qui doivent être pris en compte dans la
détermination du matériau et
des dimensions de la cheville I3 selon tout moyen connu, méthode de calcul ou
expérimenta-
le par exemple.
La première butée 14 d'entraînement comprend avantageusement, comme représenté
sur
OS la figure 3, une pluralité de dents 15 formant une première couronne
s'étendant dans un pre-
mier plan perpendiculaire à un axe longitudinal du premier 5 vilebrequin. Les
dents de la cou-
ronne sont de préférence identiques à celle décrite ci-dessus. La pluralité de
dents permets de
répartir régulièrement la pression de manière circonférentielle sur le premier
5 vilebrequin et
la première 11 roue d'entraînement, et de réduire en conséquence les
dimensions de cette
butée 14 d'entraînement. Les dents de la couronne peuvent être réalisées sur
la roue 11, les
logements en creux correspondant étant alors réalisés sur le vilebrequin 5, ou
inversement.
Les figures 4 et 5 montrent la roue 11 seule, isolée de la liaison, à
l'échelle de la figure
3, et met en évidence la couronne de dents asymétriques 15, comportant 12
dents.
Les figures 6 et 7 montrent le vilebrequin 5 seul, à l'échelle de la figure 2,
et met en évi-
dence la couronne de logements 16 complémentaires des dents asymétriques 15,
comportant
12 logements. On notera également sur ces îigures la présence d'un trou
diamétral dans la
partie cylindrique 20 pour loger la cheville 13, et d'une gorge pour loger un
anneau élastique
24 comme cela sera expliqué ci-après.
Comme représenté sur les figures 3 à 5, la première roue d'entraînement 11
possède un
alésage 19 permettant un centrage de celle-ci sur une partie cylindrique 2U de
section circulai-
re en bout du premier vilebrequin 5 de manière due la roue 11 puisse tourner
autour du vile-
brequin 5, lorsque la rupture de la cheville 13 est réalisée. Ce qui précède
concerne indiffé-
remment la première, deuxième, ou troisième liaison en rotation.
Le moteur 1 disposera de tout moyen connu approprié destiné à réduire les
frottements
d'une roue d'entraînement sur le vilebrequin associé en cas de rupture de la
liaison par obs-
tacle, par exemple un montage de la roue sur le vilebrequin par
l'intermédiaire d'un ou plu-
sieurs roulements (non représentés) aptes à permettre additionnellement un
déplacement
éventuel en translation de la roue d'entraînement sur le vilebrequin, ou par
l'intermédiaire
d'une bague ou palier 22 (non représenté). Le matériau du palier pourra être
choisi de maniè-
re à résister à la pression due aux efforts transmis et pour sa capacité à
diminuer les frotte-
ments, par exemple du bronze.
L'extrémité de la partie cylindrique du vilebrequin sera muni de tout moyen
nécessaire à
la retenue de la roue d'entraînement sur le vilebrequin en cas de rupture de
la liaison par obs-
tacle, par exemple une bague ou anneau élastique 24 comme représenté sur la
figure 3.
Toutes les roues d'ena~aînement et la roue entraînée 12 seront avantageusement
enfer-
mées dans un carter 21 étanche et lubrifié, comme représenté sur la figure 2,
afin d'assurer
une lubrification des liaisons en rotation entre les vilebrequins et l'arbre
de sortie, lorsque ces
liaisons nécessitent une telle lubrification, comme par exemple des liaisons
par engrenage
métallique. Cette lubrification pourra avantageusement être réalisé par
barbotage ou analogue.
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La lubrification des liaisons en rotation peut avantageusement être utilisée
afin de lubrifier si
nécessaire la rotation de la roue d'entraînement sur le vilebrequin en cas de
rupture de la liai-
son par obstacle. I1 est à noter que le carter 21 a été retiré sur la figure 1
afin de montrer les
liaisons en rotation.
OS Les liaisons en rotation entre les vilebrequins et l'arbre de sonie
peuvent, de manière al-
ternative et en fonction de l'utilisation du moteur, être réalisées par
l'intermédiaire de chaînes
ou de courroies par exemple.
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