Brevet FR2673444A1 — publié le 19920904

i PALPEUR A GALET POUR MOTEUR La présente invention concerne un palpeur à galet comportant un galet prévu pour un contact de roule- ment avec une came d'un arbre à cames d'un moteur, et elle concerne plus particulièrement un palpeur à galet qui a une longue durée de vie indépendamment des condi- tions de lubrification par rapport à la surface de came de l'arbre à cames et de la dureté et de la rugosité su- perficielle de la surface de came. Dans l'amélioration de la durabilité du système de soupapes d'un moteur et de son maintien sans entretien, la lubrification et l'usure d'une came et d'un palpeur à galet sont des points délicats. Afin d'éviter l'usure du système de soupapes, on prévoit habituellement un dispositif hydraulique de réglage de jeu dans un moteur du type à arbre à ca- mes latéral D'autre part, afin de réduire l'usure et la perte par frottement sur la surface de la came et la sur- face du palpeur à galet, on tend de plus en plus à adop- ter unpalpeur à galet roulant. Parmi les composants du moteur, les exigences de lubrification sont particulièrement sévères pour de tels éléments de came Leur surface de contact est appe- lée région de lubrification limite Lorsqu'un palpeur à galet est utilisé dans de telles conditions, son galet est essentiellement en contact roulant avec la came Tou- tefois, puisque la vitesse de rotation de son galet va- rie du fait de la forme de la came ou de la variation brusque de la charge agissant sur le galet, on ne peut pas obtenir un mouvement de roulement pur mais un contact de roulement accompagné d'un mouvement de glissement Il peut en résulter un écaillage de la surface de roulement périphérique extérieure du galet, bien que cela dépende des conditions de lubrification (quantité d'huile, tem- pérature d'huile et corps étrangers) et de la rugosité de surface de la came associée, ce qui diminue sa durée de vie. Il est bien connu que la durée de vie en rou- lement du galet dépend beaucoup de la rugosité de surface de sa surface de roulement périphérique extérieure Jus- qu'à présent, on a considéré que plus la surface de rou- lement périphérique extérieure est lisse, plus sa durée de vie est grande Toutefois, la surface finie de la came possède habituellement une valeur Rmax (paramètre de rugosité de surface) de 2 à 4 Wm lorsqu'elle est finie par rectification Cela n'est pas satisfaisant pour une surface de contact à roulement Dans la région de contact entre la surface de came et le galet, qui est une ré- gion de lubrification limite relativement critique, un contact métal sur métal se produit partiellement, ce qui expose les éléments à un risque de rupture de surface. On désire donc accroître la durabilité du galet en em- pêchant sa détérioration. Un objet de la présente invention est de pro- curer un palpeur à galet ayant une longue durée de vie pour l'utilisation dans un moteur, qui possède une ex- cellente caractéristique de formation de film d'huile pendant un contact de roulement, indépendamment de ce que la surface de came coopérante a ou non une bonne rugo- sité. Conformément à la présente invention, on ob- tient un palpeur à galet utilisable dans un moteur, le palpeur à galet comprenant un galet prévu pour venir en contact de roulement avec une came d'un arbre à cames, le galet présentant un grand nombre de très petites cavités disposées au hasard de sorte que la valeur SK, qui est un paramètre représentant la rugosité de surface, est infé- rieure à zéro et de sorte que le rapport de la surface totale des très petites cavités à la surface générale est de 10 à 40 %. Cela améliore le taux de formation de film d'huile sur la surface de roulement périphérique exté- rieure et permet de former un film d'huile assez épais pour empêcher le contact métal sur métal à l'endroit de la surface de contact de roulement, et pour éviter l'é- caillage et l'usure de la surface de roulement périphé- rique extérieure del'anneau extérieur, quelle que soit la rugosité de la surface de came coopérante On accroît ainsi la durée de vie du palpeur à galet. Les très petites cavités servent de réser- ves d'huile pour fournir de l'huile à la surface de con- tact de roulement Même en cas de compression, l'huile ne fuit que très peu dans la direction de roulement ou la direction perpendiculaire à celle-ci Ainsi, le film d'huile se forme de façon satisfaisante, quelle que soit la rugosité de la surface de came coopérante, le contact métal sur métal est minimal et la détérioration de la surface est réduite Il en résulte que la durabi- lité du système de soupapes du moteur augmente En ou- tre, puisque la résistance de frottement en roulement est faible, le rendement du moteur est meilleur. D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière de la description ci-après,avec référence aux dessins annexés dans les- quels: la figure 1 est une section verticale d'un premier exemple d'utilisation du palpeur à galet conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe partielle du culbuteur; la figure 3 est une vue en perspective du pal- peur à galet utilisé pour ce culbuteur; la figure 4 A est une vue en coupe d'un deu- xième exemple d'utilisation du palpeur à galet et la fi- gure 4 B est une vue en coupe à plus grande échelle d'une partie de ce dispositif; la figure 5 est un graphique illustrant la distribution des valeurs RMS et SK pour un palpeur à ga- let usuel et pour le palpeur à galet conforme à la pré- sente invention; la figure 6 est un graphique illustrant l'état de finition de surface du galet du palpeur à galet con- forme à la présente invention; la figure 7 est un graphique illustrant la rugosité de la surface de came coopérante; la figure 8 est un graphique illustrant les résultats d'essai d'un palpeur à galet suivant l'art antérieur; la figure 9 est un graphique illustrant les résultats d'essai du palpeur à galet conforme à la pré- sente invention; et les figures 10 et 11 sont des graphiques illus- trant les taux de formation de film d'huile sur un pal- peur à galet usuel et sur le palpeur à galet conforme à la présente inventionrespectivement. Les figures 1 à 5 montrent comment on utilise un palpeur à galet dans un moteur Les figures 1 et 2 représentent un palpeur à galet d'un culbuteur du type utilisé dans un moteur à arbre à cames en tête. Des culbuteurs 2, placées au-dessus d'un ar- bre à cames 1, sont supportés de façon pivotante sur des axes 3, dans leurs parties intermédiaires Un palpeur à galet 4, monté de façon tournante à l'extrémité inté- rieure des culbuteurs 2, est en contact de roulement avec une came 5 de l'arbre à cames 1 L'autre extrémité des culbuteurs 2 est en contact de butée avec des tiges 7 de soupapes 6,de sorte que les soupapes peuvent être ouver- tes et fermées lorsque la came 5 tourne et que les culbu- teurs 2 oscillent. Sur la figure 3, le palpeur à galet 4 est d'un type à roulement comportant un galet 9 monté sur un axe support 8,servant d'anneau intérieur, par l'intermédiaire d'un roulement à aiguilles 10 Il peut toutefois être d'un type à glissement dans lequel le galet 9 est direc- tement monté sur 'axe support 8. D'autre part, bien que cela ne soit pas repré- senté, la surface de roulement périphérique extérieure du galet 9 peut être plate, partiellement bombée ou com- plètement bombée. Les figures 4 A et 4 B représentent le palpeur à galet utilisé dans un moteur du type à arbre à cames latéral Dans cet agencement, un poussoir 11 est prévu pour être déplacé vers le haut et le bas par une came 5 d'un arbre à cames 1 et son extrémité supérieure est reliée à une extrémité d'un culbuteur 12 pour le faire pivoter de manière à ouvrir et fermer une soupape 13 re- liée à l'autre extrémité du culbuteur 12 Un palpeur à galet 4 est monté sur l'extrémité inférieure d'un dis- positif hydraulique de réglage de jeu 14 prévu à la partie inférieure du poussoir 11, pour un contact de roulement avec la surface périphérique de la came 5 Ce palpeur à galet 4 est d'un type à roulement dans lequel le galet 9 est monté sur l'axe support 8 par l'intermé- diaire d'aiguilles 10. La surface de roulement périphérique exté- rieure du galet 9 du palpeur à galet 4 présente de très petites cavités 9 a disposées au hasard Si on exprime la rugosité de surface en termes d'un paramètre RMS, les très petites cavités doivent être prévues de sorte que le rapport RMS(L)/RMS(C) ne soit pas supérieur à 1,0 en moyenne, RMS(L) et RMS(C) représentant la rugosité de surface de la surface périphérique extérieure dans la direction axiale et la direction circonférentielle, res- pectivement La valeur SK, qui est un autre paramètre de rugosité de surface, doit être inférieure à zéro et de préférence non supérieure à -1,5 à la fois dans la di- rection axiale et la direction circonférentielle. La surface moyenne des très petites cavités formées dans la surface rugueuse A doit être de 50 à 250 jm 2, en excluant les cavités ne dépassant pas 3 Wm de dia- mètre de cercle équivalent Le rapport de la surface to- tale des cavités à la surface générale est de 10 à 40 %, la surface maximale des cavités étant de 15000 Am 2. La surface périphérique extérieure possé- dant une rugosité comme défini ci-dessus peut être obte- nue par traitement de finition au tonneau. Les valeurs SK représentent la distorsion de la courbe de distribution de la rugosité de surface Si la distribution de rugosité définit une courbe symé- trique, telle qu'une courbe de distribution de Gauss, la valeur SK est de zéro On a trouvé que la forme et la répartition des très petites cavités sont les meilleures pour la formation d'un film d'huile si les valeurs SK dans les directions axiale et circonférentielle ne sont pas supérieures à -1,5. Par finition de la surface périphérique exté- rieure comme défini ci-dessus, même si la surface de came coopérante est de finition médiocre, un film d'hui- le suffisamment épais peut être formé de façon stable, ce qui minimise le contact métal surmétal à l'endroit de la surface de contact de roulement. Grâce à la diminution du contact métal sur métal, la surface périphérique extérieure du galet peut être protégée contre la détérioration, le décollement, l'usure anormale et l'écaillage Par suite, la durabi- lité est améliorée. Le galet conforme à la présente invention et un galet normalement rectifié et super-fini ont été ef- fectivement montés sur un moteur pour les essayer en ce qui concerne l'aptitude à la formation d'un film d'huile. Les résultats d'essai ont montré que la surface péri- phérique extérieure du galet conforme à la présente invention possède une excellente aptitude à la formation d'un film d'huile. En ce qui concerne la relation entre l'état de surface et la formation du film d'huile dans la région de contact de roulement, une rectification qui laisse des traces de meulage axiales est préférable à une rec- tification cylindrique ordinaire. On pense que les petites rainures engendrées par le meulage axial servent de réservoirs d'huile et fournissent de l'huile à la région de contact. La figure 5 illustre la distribution des va- leurs RMS et SK sur la surface de roulement extérieure d'un palpeur à galet de l'art antérieur, et celle du palpeur à galet conforme à la présente invention. La figure 6 illustre la rugosité de la surface finie de la surface de roulement extérieure du galet du palpeur à galet conforme à la présente invention On voit qu'il n'y a pas de protubérances en saillie par rapport à la surface. Une mesure quantitative des très petites cavités est possible par agrandissement et analyse de l'image de la surface du galet, au moyen d'un système d'analyse d'image du commerce. Les parties blanches et les parties noires de l'image sont analysées comme étant les parties planes et les très petites cavités 5 respectivement Par exemple, si on utilise un système d'analyse d'image pour l'ana- lyse, la partie claire et la partie sombre de l'original sont discriminées au moyen d'un filtre d'exagération En- suite, les cavités ayant undiamètre de cercle équivalent non supérieur à 3 gm, qui apparaissent comme de très peti- tes parties noires, sont éliminées au moyen d'un effaceur de bruit. Après cette élimination, on analyse la surfa- ce extérieure du galet par mesure de la dimension et de la répartition des petites cavités, ainsi que du rapport de la surface totale des petites cavités à la surface générale. On décrit maintenant les résultats des essais de durée de vie effectués sur un palpeur à galet de l'art antérieur et sur le palpeur à galet conforme à la présen- te invention. Le tableau 1 donne les détails de la surface périphérique extérieure des galets utilisés pour l'essai. Le tableau 2 donne les résultats de l'essai. Les conditions d'essai sont indiquées ci- après La figure 7 représente la rugosité de la surface de came coopérante. ( 1) Moteur utilisé pour l'essai à arbre à cames en tête et à culbuteurs du type à pivot d'extrémité ( 2) Palpeur à galet utilisé diamètre extérieur 23 mm; largeur 9 mm; diamètre du cercle inscrit du galet 10,8 mm ( 3) Conditions de fonctionnement: vitesse du moteur: 6000 tr/min (constante) température d'huile du moteur: 1201 C. TABLEAU 1 Palpeur à Surface Rapport Surface galet galet surface moyenne cavités à cavités surface générale art meulée et non supérieur 20 à 40 pnm 2 antérieur superfinie à 10 % présente traitée comme 10 à 40 % 50 à 250 pm 2 invention défini TABLEAU 2 Palpeur à Pièces Rugosité Juge Etat de surface du galet essayées surface ment galet Came en Cama en après après Rmax 100 h 300 h art 10 1 2 pma x écaillage écaillage antérieur 3 2 3 pm x dommage dommage antérieur 7 3 4 pm x observé observé présente 12 3 4 pmn o pas pas invention écaillage écaillage ou dommage ou dommage observé observé Comme le montrent les résultats d'essai in- diqués dans le tableau 2, lorsque la rugosité superficiel- le de la surface de came Rmax est de 1 à 4 Wn, le palpeur à galet de l'art antérieur a présenté un écaillage et une usure considérables, même en 100 heures Sur la figure 8, la région hachurée représente une partie usée du fait de l'écaillage. Par contre, comme représenté sur la figure 9, le palpeur à galet conforme à la présente invention n'a pas présenté d'anomalie même après 300 heures lorsqu'on l'utilise avec la surface de came coopérante ayant un Rmax de 3 à 4 pim Cela montre qu'il a une très grande durabilité et qu'un film d'huile suffisant a été formé. En ce qui concerne la rugosité superficielle de la sur- face de came, il n'y a pas de différence notable entre les deux palpeurs à galet Dans les deux cas, la surface de came a été adoucie comme résultat de l'élimination des saillies. Les figures 10 et 11 illustrent les taux de formation de film d'huile mesurés dans cet essai Le taux de formation de film d'huile sur la surface finie du pal- peur à galet conforme à la présente invention était su- périeur de 20 % environ à celui du palpeur à galet de l'art antérieur, au début du fonctionnement. Il a été également confirmé qu'un film d'huile se forme sensiblement complètement lorsque la charge est appliquée 1,2 x 105 fois. Cet agencement est efficace pour réduire le coefficient d'usure par glissement entre les surfaces la- térales du galet et du culbuteur. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du ca- dre de celle-ci. il REVENDICATIONS 1. Palpeur à galet ( 4) utilisable dans un moteur, ledit palpeur à galet comprenant un galet ( 9) qui peut venir en contact de roulement avec un came ( 5) d'un arbre à cames ( 1), caractérisé en ce que ledit ga- let présente un grand nombre de très petites cavités dis- posées au hasard de sorte que la valeur SK, qui est un paramètre représentant la rugosité de surface, est in- férieure à zéro et de sorte que le rapport de la surface totale des dites très petites cavités à la surface géné- rale est de 10 à 40 %. 2. Palpeur à galet suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface moyenne des dites très petites cavités ( 9 a) est de 50 à 250 gm 2, sans comp- ter les cavités ayant un diamètre de cercle équivalent ne dépassant pas 3 nn. 3 Palpeur à galet suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface maximale desdites très petites cavités est de 15000 1 m 2.