Brevet FR2351304A1 — publié le 19771209

La présente invention concerne l'accouplement coussinettourillon de la crosse d'un système à manivelle dans une machine alternative à simple effet, et en particulier dans un moteur Diesel à deux temps. Cet accouplement, qui constitue la liaison articulée entre la tige du piston et la bielle, est soumis à des forces dues aux gaz se dégageant dans le cylindre et à l'inertie des masses, dont la résultante est principalement dirigée vers le bas. Le tourillon ne peut donc pas, aux pressions moyennes affectives les plus élevées, se détacher du coussinet Ce phénomène, joint à l'absence d'une vitesse de glissement adéquate par suite du mouvement de type oscillatoire du couple tourillon-coussinet, fait obstacle à la formation d'une pellicule-d'huile lubrifiante adé- quate entre le tourillon et le coussinet, indispensable à un fonctionnement correct. Ces conditions de travail, tout à fait particulières à l'accouplement tourillons-coussinets de crosse, peuvent déterminer des surchauffes et des lésions en toile d'araignée dans le métal antifriction, -réduisant ainsi la durée de vie des coussinets. La présente invention a pour but d'assurer, même pour les performances les plus élevées, une lubrification efficace sur toute la surface portante de la crosse, évitant ainsi les inconvénients indiqués ci-dessus. Dans le-s coussinets traditionn--ls, la tendance est à faire face à des conditions de fonctiannement plus sévàresen agissant sur les paramètres dimensionnels et fonctionnels des coussinets à glissement. Ceux-ci concernent principalement l'augmentation des dimensions et la réduction de la pression spécifique qui en résuite, des traitements de surface plus poussés et des tolérances d'usinage plus étroites, l'intensification de la distribution d'huile pour favoriser la formation d'un film d'huile par entrai- nement par adhérence au cours du mouvement d'oscillation du coussinet. D'autres solutions tendent au contraire à réaliser une lubrification efficace en imposant une séparation entre tourillon et coussinet à une certaine phase de chaque cycle, au cours de laquelle l'huile peut affluer dans le jeu entre ces pièces. On connaît deux systèmes pour obtenir ce résultat, l'un. hydraulique, l'autre mécanique. Le premier réalise une lubrification du couple obtenue par l'emploi d'huile sous pression élevée. On obtient ainsi l'éloignement du tourillon pendant les phases au cours desquelles les forces en jeu sont les plus faibles, et, au cours de la phase de rapprochement ultérieure, une certaine portance hydrodynamique due à l'écrasement de l'huile qui a afflué. On en connaît deux applications fondamentales - l'une utilise un circuit à haute pression avec des pompes élec triques additionnelles - l'autre fait appel à des pompes mécaniques commandées par la bielle. Le second système décrit dans le brevet italien nO 17381 du 10/9/62, au nom de la Société FIAT, réalise l'éloignement du tourillon du coussinet, en utilisant une série de ressorts qui agissent sur le tourillon avec une force constante vers le haut, de telle sorte que lorsque la charge sur les coussinets est inférieure à la charge des ressorts, le tourillon se sépare du coussinet pendant tout le temps que dure cet état, réalisant ainsi les conditions de lubrification et de portance précédemment décrites. Par un choix approprié de la charge des ressorts, il est possible d'augmenter pour les performances les plus élevées l'éloignement entre tourillon et coussinet et la durée de cette phase, de façon à garantir une lubrification satisfaisante. Avec la solution traditionnelle, meme en poussant à ltextrême les dimensions et la qualité des usinages, il n'est pas toujours possible, dans les conditions de fonctionnement les plus sévères, d'obtenir des résultats satisfaisants. Les systèmes utilisant de l'huile sous pression élevée présentent les contre-indications typiques des appareillagd'une certaine complexité (canalisation à haute pression, pompes etc...) dans un organe d'une grande simplicité auquel est demandée la fiabilité maxima. Dans le système mécanique basé sur l'action antagoniste de ressorts, même si l'on obtient des résultats de fonctionnement satisfaisants avec la fiabilité nécessaire, l'encombrement et le nombre de détails de construction augmentent. Il est evident que ces caractéristiques constituent une servitude qui n'a pas seulement un caractère économique. Le problème qui est à la base de l'invention estde garantir une lubrification efficace entre le tourillon de crosse et le coussinet de queue de bielle qui, en l'absence de la sustentation hydrodynamique naturelle, parvienne à protéger les surfaces glissantes des lésions et des grippages, sans introduire dans le système de manivelle des complications de construction excessives. Ce problème est résolu conformément à itinvention en assurant mécaniquement I'éloignement entre le tourillon et le coussinet à chaque cycle, d'une étendue et d'une durée indépendantes de la charge agissant sur la crosse, par une conformation à excentrique des tourillons et des coussinets. La caractéristique de ce système réside essentiellement dans le fait que la crosse porte latéralement deux couples tourillon-coussinet supplémentaires dont l'axe ne coincide pas avec le sien, mais est décalé d'une certaine quantité , , dans une direction pratiquement orthogonale à l'axe du piston. Grâce à cette caractéristique, au cours du mouvement oscillant de la bielle autour du tourillon de crosse, on réalise une variation géométrique du jeu entre les tourillons et les coussinets, et l'on obtient l'éloignement puis le rapprochement alternatifs des tourillons centraux et des tourillons latéraux des coussinets correspondants. Au cours de la phase d'éloigne- ment, l'huile peut pénétrer dans l'ouverture qui apparaît entre ces deux surfaces, pour être ensuite violemment expulsée au cours de la phase de rapprochement. On obtient ainsi la formation, par éloignement mécanique du tourillon de son coussinet, d'une couche huile dont l'ali- mentation s'effectue sous pression, d'épaisseur adéquate, qui permet- d'obtenir une portance hydrodynamique au moment de ltécra- sement de la couche d'huile en question lors du mouvement de rapprochement des surfaces du tourillon et du coussinet. Une description détaillée de l'invention est donnée ci-après ; elle se réfère aux dessins annexés qui en illustrent à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation pratiques. - la Fig. la représente, en section longitudinale, deux types d'articulations du tourillon de crosse conforme à l'in- vention - la Fig. lb est une vue latérale de la Fig. la - la Fig. 1c est une vue en élévation du tourillon de crosse - la Fig. 2 représente schématiquement les positions relatives des deux tronçons du tourillon de l'invention et les coussinets respectifs, avec le piston au point mort haut et au point mort bas - la Fig. 3 représente schématiquement les positions relatives des deux tronçons du tourillon de l'invention et les coussinets respectifs pour une position d'inclinaison maximale de la bielle par rapport à l'axe d'action du piston - la Fig. 4a représente qualitativement la charge agissant sur le tourillon de crosse d'une machine alternative à simple effet - la Fig. 4b représente schématiquement le déplacement du tourillon central ou tourillon porteur par rapport au coussinet correspondant, en fonction de l'angle de la manivelle - la Fig. 4c représente schématiquement le déplacement des tourillons latéraux ou tourillons excentriques par rapport aux coussinets correspondants, en fonction de l'angle de la manivelle. Sur la Fig. 1, le chiffre 1 indique la tige du piston d'une machine alternative à simple effet, fixée sur un tourillon transversal a-b-a, portant latéralement un bloc de glissement qui constitue le guide latéral de la crosse. Autour du tourillon a-b-a sont disposés les coussinets a1-bl-a1 et les chapeaux a2-b2a2. Les coussinets inférieurs sont fixés à une bielle 2 qui est ainsi articulée autour du tourillon a-b-a au moyen des coussinets ci-dessus. La crosse analogue, représentée sur la partie droite de la figure, diffère de celle précédemment repr- sentée en ce qu'elle comporte les deux tourillons centraux b-b et les deux coussinets centraux b1 -b1 sans solution de continuité. Les coussinets supérieurs ne sont ainsi représentés que par deux chapeaux a2-a2 qui sont reliés aux deux coussinets inférieurs latéraux a1 -a1. La force que l'axe-du piston transmet au tourillon a-b-a de crosse, due à la pression du gaz et à la force d'inertie, a une intensité qui varie au cours du cycle, mais elle est principalement dirigée vers le bas (voir Fig.). C'?st pourquoi les surfaces inférieures du tourillon a-b-a restant en contact pratiquement constant avec les coussinets inférieurs a1 -b1 -a1 , rendant ainsi difficile la formation et le renouvellement de la pellicule d'huile lubrifiante nécessaire. Pour favoriser, comme il a été indiqué, la lubrification de la partie inférieure du tourillon et pour créer une portance hydrodynamique résultant de l'écrasement de l'huile interposée entre le tourillon et le coussinet, le tourillon porte lui-même deux excentriques latéraux a-a1 qui soulèvent la partie centrale b du tourillon pendant la phase où l'intensité de la charge agissante est réduite. L'examen des F-ig. 4a, 4b, 4c conduit aux constatations suivantes - de 0 (PMS - point mort haut) jusqu'à environ 90 de manivelle, l'appui tourillon-coussinet a tendance à ne se produire que sur le tourillon central b-b, tandis que les tourillons excentri- ques latéraux a-a s'éloignent des coussinets inférieurs cor r-espondants al-al' favorisant la formation d'une couche d-'huile entre les tourillons et les coussinets.Pendant cette phase, presque toute la charge transmise par le piston passe sur la bielle par l'internêdiîre du tourillon central b, conduisant à l'épaisseur minimale désignée par h min b, aux environs de 90 de manivelle. = de 90 à environ 1800 de manivelle, les tourillons excentriques latéraux se rapprochent des coussinets correspondants, par lesquels a commencé le transfert de la charge des tourillons centraux b-b aux tourillons latéraux a-a, tandis que les tourillons centraux b-b commencent à s'éloigner de leurs propres coussinets. - à 180 environ (PMI - point mort bas) la charge se répartit également entre le tourillon central et les tourillons laté raux. - de 1800 environ à 270 environ de manivelle, la charge passe entièrement par les excentriques latéraux, tandis que le jeu entre les tourillons et les coussinets centraux atteint sa valeur maxima, favorisait ainsi la formation de la pellicule d'huile. - de 2700 environ à 360 environ (PUS) de manivelle, les touril lons centraux se rapprochent des coussinets correspondants, commençant ainsi à transmettre une partie de la charge, ce qui décharge les tourillons latéraux. C'est pendant ce mouvement de rapprochement que prend naissance, comme il a été indiqué, la po-rtance hydrodynamique, par écrasement du voile d'huile présen t. - - à 360 environ de manivelle, la charge se répartit également entre les tourillons centraux et les tourillons latéraux. Compte tenu de la forme particulière du diagramme de la charge qui s'exerce sur le tourillon de crosse d'une machine alternative à simple effet -(Fig. 4a), comportant des pointes de charge d'ampleurs diverses au cours d'un cycle, il est avantageux que les pointes de charge les plus élevées soient supportées par les coussinets ayant la plus grande surface (tourillons porteurs centraux) tandis que les coussinets de surface inférieure (tourillons latéraux excentriques) recevront une charge de moindre intensité. On parvient à cette optimisation en faisant varier de façon appropriée l'instant où s'effec-tue l'inversion de fonction entre les tourillons latéraux et les tourillons centraux, ctest- à-dire l'instant où les levées des tourillons portants centraux et celles des tourillons excentriques latéraux sont toutes nulles. Cet instant est déterminé par la position effective des axes des tourillons et des -coussinets Le plan passant par les axes des tourillons et celui passant par les axes des coussinets peuvent en fait coincider ou bien être distincts, et former avec l'axe du piston des angles égaux ou différents, suivant le moment auquel les tourillons latéraux ou les tourillons centraux doivent effectivement intervenir. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas aux particularités de construction envisagées cidessus ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes REVENDICATIONS 1. Système de manivelle à crosse pour piston de machine alternative à simple effet caractérisé en ce que la crosse porte latéralement deux couples tourillon-coussinet dont l'axe ne coincide pas avec le sien, mais est décalé d'une certaine quantité 6,dans une direction pratiquement orthogonale à l'axe du piston. 2. Système de manivelle suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est capable d'assurer une lubrification des coussinets de crosse et de créer une portance hydrodynamique résultant de l'écrasement de l'huile interposée entre le tourillon et le coussinet de chaque couple, l'introduction de cette huile étant favorisée par l'éloignement des surfaces de contact, lequel est déterminé, étant donné l'excentricité de ces couples, par le mouvement oscillant de la bielle. 3. Système de manivelle suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tourillon de crosse est constitué de deux tronçons placés sur les côtés d'une partie centrale servant la fixation de la tige du piston, chaque tronçon latéral étant constitué de deux tourillons dont les axes sont parallèles mais ne coincident pas et sont dans un plan (fur) perpendiculaire à l'axe du piston ou incliné sur celui-ci en tronçons ayant des diamètres égaux ou différents et ces tourillons étant accouplés aux coussinets correspondants qui ont des axes parallèles mais ne coincident pas et sont dans un plan qui peut ou non coincider avec le plan 67 4.Système de manivelle suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tourillon de crosse est unique, constitué de deux tourillons latéraux coaxiaux entre eux et d'un tourillon central de diamètre égal ou différent, dont 1taxe est parallèle à celui des deux tronçons latéraux, mais ne coincide pas avec lui, les deux axes des tourillons latéraux étant dans un planait perpendiculaire ou incliné par rapport à l'axe du piston, ces tourillons latéraux étant accouplés aux coussinets correspondants dont les axes sont parallèles mais ne coïncident pas et sont dans un plan colncidant ou non avec le plan IT 5.Système de manivelle suivant l'une quelconque des revendications 1, 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on insère entre les tourillons et coussinets latéraux et centraux, ou bien entre les tourillons et cous-sinets latéraux ou entre -les tourillons et coussinets centraux, un rouleau constitué d'une coque cylindrique d'acier revêtue d'un matériau-antifriction, d'une épaisseur radiale constante sur toute sa circonférence. 6. Système de manivelle.suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les sièges des rouleaux ont un diamètre égal ou différent, mais en ce que leurs axes coincident, alors que ces rouleaux ont une épaisseur variable sur leur circonférence. 7. Système de manivelle suivant l'une quelconque des revendications3, 4 et 5, caractérisé en ce que les supports avec lesquels s'accouplent les tourillons latéraux sont séparés de ceux avec lesquels staccouplent les tourillons centraux. 8. Système de manivelle suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les chapeaux des supports des tourillons ont leurs surfaces internes staccouplant avec les tourillons correspondants constituées de de-ux demi-cylindres coaxiaux, de diamètres égaux ou différents.