Brevet FR2503250A1 — publié le 19821008

L'invention concerne un arbre à cames de moteur destiné à n'émettre qu'un très faible bruit de fonctionnement et à être de fabrication facile et peu coûteuse. Parmi les arbres à cames classiques de ce type, on peut citer un arbre dans lequel un engrenage de came en résine synthétique est monté et solidement calé sur une tige d'arbre à cames. Le principal problème posé par une telle structure est quelle est inévitablement coûteuse du fait que le calage nécessite une clavette de blocage séparée. I1 est nécessaire de polir le pourtour extérieur récepteur de la tige et le pourtour intérieur de l'engrenage de came de l'arbre à cames, et usiner également les rainures de réception de clavette du pourtour extérieur de l'arbre et sur le pourtour intérieur de engrenage de came, et finalement emmancher l'engrenage de came sur la tige de l'arbre à cames en bloquant solidement la clavette dans la paire de rainures correspondante:: On connait également un autre type classique d'arbre à cames dans lequel seule la tige de l'arbre proprement dite est réalisée en un matériau à base de fer, tandis que les autres parties sont réalisées en alliages d'aluminium moulés à fixer solidement sur la tige servant de noyau. Le principal inconvénient de ce dernier type de structure est que les surfaces de cames s'usent trop rapidement pour conduire à une durée de vie acceptable. L'invention a pour but de pallier les inconvénients ci-dessus en créant un arbre à cames de moteur ayant une durée de vie suffisante pour justifier une utilisatio pratique satisfaisante, cet arbre à cames étant également de fonctionnement très silencieux et de fabrication facile et peu coûteuse. A cet effet l'invention a pour objet un arbre à cames de moteur caractérisé en ce qu'il comprend une tige en matériau à base de fer, supportée par des tourillous, des cames prévues sur la tige, et un engrenage de came en résin synthétique moulé sur la tige de manière à faire bloc avec celle-ci. Avec une telle structure, la rotation du moteur est transmise à l'arbre à cames par un engrenage de manivelle monté sur le vilebrequin du moteur et venant en prise avec l'engrenage de came par une liaison à faible niveau de bruit. De plus, comme l'engrenage de came est monté sur la tige de manière à être solidaire de celle-ci, il n'est pas nécessaire d'utiliser une clavette de blocage, ce qui supprime les opérations de fabrication consistant à polir le pourtour extérieur de réception de la tige et le pourtour intérieur de l'engrenage de came, et à usiner des rainures de clavette dans le pourtour extérieur de la tige et dans le pourtour intérieur de l'engrenage de came. Il en résulte évidemment la suppression des opérations de montage de l'engrenage de came sur la tige de arbre à cames et de blocage de la clavette dans la paire de rainures correspondantes.Ainsi, arbre à cames selon l'invention permet de réduire considérablement les coûts de fabrication par rapport à un arbre à cames classique dans lequel un engrenage de came fabriqué séparément en matière synthétique doit ensuite être fixé et bloqué sur la tige de arbre. L'invention est décrite en détails ciaprès avec référence aux dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 est une vue générale, partiellement en coupe, d'une forme particulière de réalisation d'un arbre à cames de moteur conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue partielle, en coupe, de la partie de jonction entre un engrenage de came et la tige; - la figure 4 est une vue semblable à celle de la figure 3, mais relative à une autre structure; - la figure 5 représente le profil d'une came selon l'invention; - la figure 6 est une représentation graphique des caractéristiques de la came de la figure 5; - la figure 7 est une vue semblable à celle de la figure 1 mais relative à une autre forme de réalisation de l'arbre à cames selon l'invention;; - la figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7. Les arbres à cames entrainés par des vilebrequins associés, au moyen d'engrenages de transmission, se divisent en deux catégories. Ceux de la première catégorie servent simplement à ouvrir et fermer les soupapes associées, tandis que ceux de la seconde catégorie servent à la fois d'arbres de prise de force et d'arbres destinés à ouvrir et fermer les soupapaes, ces derniers pouvant donc supporter des charges très importantes. L'invention ne concerne que les arbres à cames de la première catégorie ci-dessus, ne servant donc pas arbres de prise de force pour les soupapes. Sur la figure 1, l'arbre à cames comporte une tige 1 munie de cames 2), 2', faisant partie intégrante de la tige 1 et servant à ouvrir et fermer les soupapes d'admission et d'échappement associées, ainsi que des tourillons de support 3 (3), de diamètre légèrement plus grand, formés aux deux extrémités de l'arbre'. 'On utilise, pour réaliser la tige 1 et les cames 2 2 , un matériau convenable à base de fer présentant une résistance à l'usure suffisante et une solidité mécanique supérieure à une limite déterminée, cette structure mécanique étant par exemple réalisée en acier au carbone (tel que S40C) en fonte (telle que FC25) ou autre. Les surfaces des cames 2 !2; sont durcies par induction à haute fréquence puis sont polies sur leur pourtour extérieur de même que les tourillons (3) (3,'. Après ces opérations de finition des cames 2 2," et des tourillons '3' (3), un ensemble de moule est monté autour de l'arbre entre un tourillon 3) et la came (2) adjacente, puis une résine synthétique est coulée dans ce moule pour former ainsi un engrenage de came 4). Pour renforcer la solidité de la fixation entre l'engrenage de came 4 et la tige 1), l'engrenage de camf 14) est muni d'un bossage dans sa partie centrale, et le pourtour extérieur de la tige 1 venant en contact avec l'engrenage de came (4) peut entre partiellement aplati en deux endroits diamétralement opposés '6) (6), comme dans le cas particulier de la figure 3, ou muni dlun certain nombre de saillies radiales 8; comme indiqué sur la figure 4, ou encore muni de rainures ou de cannelures convenablesl(non représentées), de manière à bloquer ainsi tout risque de glissement rotatif entre les deux pièces. Outre l'effet de réduction de bruit obtenu en réalisant un engrenage de came en une résine synthétique convenable et faisant corps avec la tige de l'arbre à cames, il est également souhaitable de réduire encor plus efficacement le bruit en donnant à la came un profil de forme particulière telle que celle décrite plus en détail ci-après. Dans le fonctionnement d'un moteur de type à soupapes latérales, il se produit une dilatation thermique importante et la température monte beaucoup plus fortement dans le cylindre que dans le taquet car ce cylindre est réalisé dans un matériau à très grand coefficient de dilatation thermique tel que de l'aluminium ou un alliage métallique analogue. Il en résulte que, lorsque le fonctionnement du moteur se poursuit, on dépasse la plage de souléx-ement correspondant à la partie de fermeture douce de la came, et que la soupape ne se ferme plus dans la partie caractéristique de la fermeture douce de la came, mais vient se fermer dans la partie active descendante de la came, de sorte que cette soupape vient heurter son siège à très grande vitesse en provoquant ainsi un bruit considérable. On peut concevoir la partie montante de la courbe caractéristique de fermeture douce de la came de telle façon que cette partie soit relativement importante pour anticiper l'augmentation de l'intervalle de taquet, mais la plage de fermeture douce est relativement courte de sorte qu'il ntest pratiquement pas possible de supprimer ainsi le bruit provoqué par le choc à grande vitesse de la soupape contre son siège. Pour résoudre ce problème, la partie de fermeture douce de la courbe caractéristique de la came est réalisé, selon l'invention, en deux subdivisions distinctes correspondant drune part à une partie de came à pente douce prolongeant la partie de came descendante, et d'autre part à une partie de came à pente raide prolongeant la partie de came à pente douce.Sur les figures 5 et 6, le profil de came est repéré dans son ensemble par la référence '9: le cercle de base du profil de came corresondant à la partie de fermeture douce S est représenté par le symbole C, et l'angle de fonctionnement par le symbole 81* Un autre angle de fonctionnement représenté par le symbole 2 correspond à la partie active de came 2 descendante L faisant passer directement, ou indirectement par l'intermédiaire de taquets, la soupape de sa position de pleine ouverture à une position voisine de la fermeture, en élargissant ainsi la plage allant de la position de plus grand soulèvement, repérée par la référence 10 , jusqu'à un point ,?1 de jonction avec la partie de fermeture douce. Le point de départ 012)' de la partie de fermeture douce S se situe évidemment sur le cercle de base D. La référence R désigne le rayon de courbure au sommet du nez 13, du profil de came '9). En considérant plus en détail, sur la figure 6, la partie de fermeture douce S, celle-ci comprend une partie de came à pente raide St située du coté du point de départ n2), et une partie de came à pente douce S2 située du coté de la partie active de came descendante L. La partie de fermeture douce est ainsi constituée de deux parties, à savoir une partie à pente raide S1 correspondant à une vitesse F1, et une partie à pente douce S2 correspondant à une vitesse F2. La référence C1 désigne l'écart de soulbve ment correspondant à la partie à pente douce S1 et cet écart correspond à son tour à une plage dans laquelle 11 intervalle est réglé pour le moteur à froid (température ambiante normale), tandis que l'écart de soulèvement total C qui correspond à la partie de fermeture douce S est réglé de manière à être supérieu: à la somme de l'intervalle de taquet pour le moteur à chaud (pendant le fonctionnement en charge), et de la plage de réglage de cet intervalle pour le moteur à froid. Lorsque le moteur est froid, l'intervalle de taquet doit être réglé de manière à correspondre à la valeur C1. Lorsque le moteur commence à fonctionner, l'intervalle de taquet augmente en fonction de la dilatation thermique du cylindre et la soupape vient alors toujours se fermer sur son siège dans la plage restant sur la partie à pente douce S Comme la partie de fermeture douce est réalisée en deux sections comprenant la section à pente douce et la section à pente raide, il est maintenant possible d'allonger la section à pente douce pour que la soupape se ferme toujours dans cette section pour laquelle la vitesse avec laquelle la soupape vient buter contre son siège est faible et ne provoque donc que peu de bruit. Les figures 7 et 8 représentent une autre forme de réalisation utilisant des cames 2'} différentes des cames (2; ci-dessus. On supposera que chacune des cames (2') est réalisée dans un matériau fritté et/ou dans une céramique moulée d'une seule pièce, de façon que le grain de finition des surfaces obtenues soit suffisamment fin pour rendre inutile un usinage de finition supplémentaire de la surface de came Ces cames (2') (2') sont montées tout d'abord sur une tige (1) de manière à présenter les positions et les angles de phase respectifs corrects.Puis un ensemble de moule est monté autour de l'arbre et l'on coule dans ce moule une résine synthétique pour former simultanément un engrenage de came (4 en même temps que les parties entourant la tige 1 autour des cames (2') (2t), ces parties étant destinées à assurer une fixation solide sur la tige (1). Pour fixer et bloquer en place chaque came ;,2) dans la bonne position sur la tige t1), on prend les précautions convenables pour s'assureur qutune quantité suffisante de résine synthétique soit coulée entre le pourtour intérieur de la came (2') et le pourtour extérieur de la tige (1w, ce résultat étant obtenu en équipant par exemple le pourtour intérieur de la came (2') de rainures de verrouillage (9), comme indiqué sur la figure 8, ou de rainures de clavettes, et/ou en équipant le pourtour extérieur de la tige 1 de rainures hélicoldales. Les cames selon cette forme de réalisation étant en matériau fritté et/ou en céramique présentent une excellente durée de vie, et les surfaces de came sont très dures et très résistantes à l'usure. On remarquera en outre que le blocage de l'engrenage de came t4) sur la tige 61' s'obtient par contraction de la matière plastique de cet engrenage de came 4) lorsqu'vil se refroidit à la température ambiante. Pour éviter tout risque de glissement de l'engrenage de came ;4 suivant l'axe de la tige '1), il est nettement préférable de munir cette tige (1; de projections concaves et convexes. On ajoutera encore que la matière plastique constituant la tige '1) peut être thermoplastique ou thermodurcissante. REVENDICATIONS 1- Arbre à cames de moteur, caractérisé e ce qu'il comprend une tige (1) en matériau à base de fer, supp par des tourillons (3), des cames (2), (21) prévues sur la tige (1), et un engrenage de came (4) en résine synthétique moulé sur la tige (1) de manière à faire bloc avec celle-ci. 2- Arbre à cames selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il neest pas destiné à servir d'arbre de prise de force notamment pour l'entrainement des soupapes. 3- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les cames (2) sont réalisées en unmatériau à base de fer et font partie intégrante de la tige (1). 4- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lteflgreflage de came (4) comporte un bossage (5) faisant saillie dans sa partie centrale, et en ce que la tige (1) est partiellement aplatie en (6) (6) sur son pourtour extérieur, de manière à renforcer ainsi la fixation. et le blocage entre l'engrenage de came (4) et la tige (1) pour les rendre ainsi plus parfaitement soldai ltun de l'autre comme s'ils ne formaient qu'unie seule pièce. 5- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le pourtour de la tige (1) est muni d'au moins un e projection radiale (8) venant se bloquer dans l'engrenage de came (4). 6- Arbre à cames selon lune quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacune des cames (2), (2') est formée de manière à présenter une partie de came descendante (L) destinée à faire passer la soupape associée de sa position d'ouverture complète à une position très voisine de la fermeture, et une partie de fermeture douce (S) destinée à provoquer ensuite la fermeture douce et complète de la soupape; cette partie de fermeture douce étant subdivisée en une partie de came à pente douce (S2)prolongeant, à l'une de ses extrémités, la partie de came active descendante (L), et une partie de came à pente raide (S1)prolongeant l'autre extrémité de la partie de came à pente douce (S2). 7- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie de came à pente raide (S1) correspond à une valeur d'écart de soulèvement (C1) correspondant à son tour à une plage dans laquelle l'intervalle de taquet est réglé moteur à froid, tandis que la totalité de la partie à fermeture douce (S) correspond à une valeur de soulèvement (C) dépassant la somme de l'intervalle de taquet lorsque le moteur est chaud, et de la plage de réglage d'intervalle lorsque le moteur est froid. 8- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la came (2') est réalisée en un matériau fritté s'adaptant et se bloquant solidement sur la tige (1). 9- Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la came (2') est réalisée en une céramique s'adaptant et se bloquant solidement sur la tige (1).