Brevet FR2720809A1 — publié le 19951208

PROCEDE DE FABRICATION D'UN VILEBREOUIN DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE MULTICYLINDRE ET VILEBREOUIN OBTENU PAR CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un vilebrequin de moteur à combustion interne multicylindre destiné notamment à équiper un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fabrication permettant d'améliorer l'équilibrage du vilebrequin. L'invention a également trait à un vilebrequin de moteur à combustion interne obtenu par un tel procédé. Le vilebrequin ou arbre moteur d'un moteur à combustion multicylindre reçoit la poussée des bielles et fournit un mouvement rotatif à partir des mouvements rectilignes alternatifs des pistons. Classiquement, le vilebrequin d'un moteur à combustion interne présente des portées d'axe ou tourillons placées en ligne destinées à venir tourner dans des paliers correspondant du cartercylindres. Les manetons formant les axes des têtes de bielles sont solidaires de tourillons par des paires de bras s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du vilebrequin. Par ailleurs, le vilebrequin est pourvu de contrepoids servant à l'équilibrage statique et dynamique des équipages mobiles formés par les différents ensembles maneton-bielle-piston. Chaque contrepoids est porté par au moins l'un des bras supportant le maneton correspond à l'opposé de ce dernier par rapport au tourillon. Le problème de l'équilibrage des vilebrequins est particulièrement important. En effet, du point de vue des efforts mécaniques, le vilebrequin est la pièce la plus sollicitée du moteur : il supporte notamment les forces dues aux accélérations positives ou négatives des bielles et des pistons, aux inerties des masses excentrées et aux couples moteurs et résistants. I1 en résulte donc que le vilebrequin est soumis à des efforts importants de torsion et de flexion qui sont transmis au bloc carter-cylindres par l'intermédiaire des paliers du vilebrequin. Un mauvais équilibrage peut donc conduire à générer des vibrations importantes, notamment au niveau du palier central qui est le plus sollicité du fait du fléchissement longitudinal du vilebrequin, vibrations qui sont susceptibles de provoquer la rupture des pièces mécaniques par fatigue. L'équilibrage du vilebrequin est opéré grâce à une conception particulièrement soignée de la pièce en recourant notamment aux calculs par éléments finis. Les techniques de fabrication des vilebrequins (actuellement coulés en fonte GS ou forgés en acier, avec reprise par usinage des surfaces de portée) ne permettent pas, toutefois, d'obtenir directement des pièces parfaitement équilibrées, cela conduit donc à procéder à une opération d'équilibrage final des vilebrequins aux moyens de bancs d'équilibrage. Ces machines d'équilibrage opèrent la rotation du vilebrequin et détectent les éventuels balourds résultant d'une répartition non uniforme des masses. Le contrôle du balourd est opéré en général par demi-vilebrequin. Le balourd détecté est ensuite corrigé classiquement par enlèvement de matière aux moyens de perceuses qui opèrent un ou plusieurs trous calibrés dans le ou les contrepoids dans lequel est situé le balourd excédentaire. La correction est réalisée par itérations successives jusqu'à l'obtention d'un vilebrequin parfaitement équilibré. Cette méthode d'équilibrage des vilebrequins, par perçage sur tout ou partie des contrepoids, peut dans certains cas particuliers conduire à l'allégement d'un ou plusieurs contrepoids bien au-delà de la masse critique de l'équipage mobile maneton-bielle-piston qu'il doit équilibrer, ce qui provoque alors, lors du fonctionnement du moteur, des vibrations particulièrement dommageables au niveau du palier ou des paliers correspondants notamment lorsqu'il s'agit du palier central. La présente invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'un vilebrequin de moteur à combustion interne remédiant aux inconvénients de l'art antérieur précité en ce qu'il évite notamment tout perçage et donc tout allégement des contrepoids centraux lors de l'opération finale d'équilibrage au banc. Le procédé de fabrication selon l'invention d'un vilebrequin pour un moteur à combustion interne multicylindre, comprend une première étape d'obtention d'un arbre brut comportant des tourillons, des manetons réunis aux tourillons par des bras et des contrepoids portés par ces bras à l'opposé des manetons, une seconde étape d'usinage des surfaces de portée des tourillons et des manetons et une troisième étape d'équilibrage par perçage des contrepoids. Selon l'invention, le procédé de fabrication d'un vilebrequin est caractérisé en ce que lors de l'une des étapes précédant la troisième étape d'équilibrage, les contrepoids adjacents aux tourillons disposés aux deux extrémités axiales de l'arbre sont alourdis par rapport aux autres contrepoids de façon à présenter systématiquement des balourds supérieurs à ceux desdits autres contrepoids, de façon que lors de ladite troisième étape seuls lesdits contrepoids extrêmes soient percés. Selon une autre caractéristique du procédé de fabrication d'un vilebrequin objet de l'invention, les contrepoids extrêmes sont réalisés de façon à présenter sensiblement le même balourd excédentaire lors de la première étape d'obtention de l'arbre brut. Selon une autre caractéristique du procédé de fabrication d'un vilebrequin objet de l'invention, les balourds excédentaires apportés aux contrepoids extrêmes lors de ladite première étape d'obtention de l'arbre brut sont calculés en prenant en compte les variations maximales de balourds sur les différents contrepoids résultant des tolérances de fabrication utilisées lors des deux premières opérations. Selon une autre caractéristique du procédé de fabrication d'un vilebrequin objet de l'invention, lors de la première étape d'obtention de l'arbre brut, ce dernier est conformé de façon à ce que les tourillons, les manetons, les contrepoids et les bras soient disposés sensiblement symétriquement d'une part par rapport à un premier plan s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal du vilebrequin et passant par le centre du tourillon central et d'autre part par rapport à un second plan passant par l'axe longitudinal du vilebrequin. L'invention concerne également un vilebrequin pour un moteur à combustion interne du type présentant une pluralité de cylindres identiques, comprenant des tourillons, des manetons aux tourillons par des bras et des contrepoids portés par les bras à l'opposé des manetons. Le vilebrequin objet de l'invention est caractérisé en ce que les contrepoids adjacents aux tourillons disposés aux deux extrémités axiales, sont réalisés de façon à présenter des balourds prédéterminés supérieurs à ceux des autres contrepoids. Selon , une autre caractéristique du vilebrequin objet de l'invention, les tourillons, les manetons, les contrepoids et les bras sont disposés sensiblement symétriquement d'une part par rapport à un premier plan s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal du vilebrequin et passant par le centre du tourillon central et d'autre part par rapport à un second plan passant par l'axe longitudinal du vilebrequin. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description présentée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est une vue de face d'un vilebrequin obtenu selon le procédé objet de l'invention. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. On a représenté sur la figure 1 une vue d'un vilebrequin à 5 tourillons et 4 manetons destiné à équiper un moteur à combustion interne du type à 4 cylindres en ligne. Ce vilebrequin est constitué par un arbre 2 obtenu par fonderie ou par forgeage qui comprend des portées d'axe ou tourillons placées en ligne destinées à venir tourner dans des paliers correspondant du cartercylindres du moteur. Les manetons formant les axes des têtes de bielles sont solidaires de tourillons par des bras s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du vilebrequin. Par ailleurs, les bras sont munis de contrepoids servant à l'êguilibrage statique et dynamique des équipages mobiles formés par les différents ensembles maneton-bielle-piston. On a ainsi, en partant d'une extrémité de l'arbre, un tourillon T1 extrême, puis un tourillon intermédiaire T2, puis un tourillon central T3, puis un tourillon intermédiaire T4 et enfin un tourillon extrême T5. Entre ces 5 tourillons sont disposés 4 manetons, un maneton extrême M1 puis deux manetons intermédiaires M2 et M3 à 180 degrés par rapport au maneton M1 et enfin le maneton extrême M4 dans la même position que le maneton Ml. Chaque maneton M1,M2,M3,M4 est réuni aux tourillons adjacents respectivement T1,T2 ; T2,T3 ; T3,T4 ; T4,T5 par des bras s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'arbre 2, respectivement Bll,B12 B2 ; B22,B23 ; B33,B34 ; B44,B45. L'équilibrage des équipages mobiles formés par les différents ensembles maneton-bielle-piston est opéré par quatre contrepoids CTP1,CTP4,CTP2,CTP3 disposés respectivement sur les deux bras extrêmes Bll,B45 et sur les deux bras B23,B33 adjacents au tourillon central T3, ces contrepoids étant sensiblement opposés aux manetons correspondants respectivement M1,M4,M2,M3. Le vilebrequin 1 est conformé de façon à ce que les tourillons, les manetons, les contrepoids et les bras observent une double symétrie plane : à la fois une symétrie par rapport à un premier plan s'étendant perpenàiculairement à l'axe longitudinal du vilebrequin et passant par le centre du tourillon central T3 et d'autre part par rapport & un second plan passant par l'axe longitudinal du vilebrequin. Le procédé de fabrication du vilebrequin est opéré essentiellement en trois étapes : une première étape d'obtention de l'arbre 2 brut par exemple par moulage de fonte ou encore par forgeage d'un pièce d'acier, une seconde étape d'usinage des surfaces de portée des tourillons et des manetons complétée éventuellement d'un traitement thermique de ces surfaces et enfin une troisième étape d'équilibrage par perçage des contrepoids. Conformément à l'invention, le procédé de fabrication est caractérisé en ce que lors de la première étape les contrepoids extrêmes CTP1,CTP4 adjacents aux tourillons extrêmes T1,T5 disposés aux deux extrémités axiales de l'arbre 2 sont volontairement alourdis par rapport aux contrepoids CTP2 et CTP3 de façon à présenter systématiquement des balourds supérieurs à ceux des contrepoids centraux CTP2,CTP3 de façon que lors de la troisième étape d'équilibrage par perçage seuls les contrepoids extrêmes CTP1,CTP4 soient percés. Ainsi conformément à l'invention, quels que soient les écarts de masse dus au tolérances de fabrication, seuls les contrepoids extrêmes CTP1,CTP4 sont percés de sorte que les contrepoids centraux ne risquent jamais d'être allégés de manière à ne plus équilibrer les équipages mobiles correspondants, ce qui assure une grande fiabilité en endurance des vilebrequins et des moteurs ainsi équipés. Par ailleurs, ce procédé de fabrication permet de simplifier la réalisation des -bancs d'équilibrage puisqu'il n'est plus nécessaire de prévoir des moyens de perçages sur les contrepoids centraux. De plus, les temps d'équilibrage des vilebrequins ont été réduits. Chacun des contrepoids extrêmes CTP1,CTP4 est réalisé de façon à présenter sensiblement le même balourd excédentaire de façon à respecter la double symétrie plane. Ce balourd excédentaire apporté aux contrepoids extrêmes CTP1,CTP4 est calculé en prenant en compte les variations maximales de balourds sur les différents contrepoids résultant des tolérances de fabrication utilisées lors des deux premières opérations. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi, il est possible de générer le balourd excédentaire des contrepoids extrêmes CTP1,CTP4 par l'adjonction d'une masse supplémentaire à n'importe quelle étape du processus de fabrication des vilebrequins précédant l'opération d'équilibrage par perçage. Ainsi, si l'invention est applicable préférentiellement aux vilebrequins présentant un nombre impair de tourillons (3,5,7 etc.), il peut être appliqué à des vilebrequins présentant un nombre pair de tourillons. REVENDICATIONS [1] Procédé de fabrication d'un vilebrequin (1) pour un moteur à combustion interne du type multicylindre, comprenant une première étape d'obtention d'un arbre brut (2) comportant des tourillons (T1,T2,T3,T4,T5), des manetons (M1,M2,M3,M4) réunis auxdits tourillons par des bras (Bll,B12,B22,B23,B33,B34,B44,B45) et des contrepoids (CTP1,CTP2,CTP3,CTP4) portés par lesdits bras à l'opposé des manetons, une seconde étape d'usinage des surfaces de portée des tourillons et des manetons et une troisième étape d'équilibrage par perçage des contrepoids, caractérisé en ce que lors de l'une des étapes précédant la troisième étape d'équilibrage, les contrepoids (CTP1,CTP4) adjacents aux tourillons (T1,T5) disposés aux deux extrémités axiales de l'arbre (2) sont alourdis par rapport aux autres contrepoids (CTP2,CTP3) de façon à présenter systématiquement des balourds supérieurs à ceux desdits autres contrepoids (CTP2,CTP3), de façon que lors de ladite troisième étape seuls lesdits contrepoids extrêmes (CTP1,CTP4) soient percés. [2] Procédé de fabrication d'un vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alourdissement des contrepoids extrêmes (CTP1,CTP4) soit opéré lors de ladite première étape d'obtention de l'arbre brut. (3] Procédé de fabrication d'un vilebrequin selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que lesdits contrepoids extrêmes (CTP1,CTP4) sont réalisés de façon à présenter sensiblement le même balourd excédentaire lors de ladite première étape d'obtention de l'arbre brut. (4] Procédé de fabrication d'un vilebrequin à 5 tourillons selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les balourds excédentaires apportés auxdits contrepoids extrêmes (CTP1,CTP4) lors de ladite première étape d'obtention de l'arbre brut sont calculés en prenant en compte les variations maximales de balourds sur les différents contrepoids (CTP1,CTP2,CTP3,CTP4) résultant des tolérances de fabrication utilisées lors desdits première et seconde opérations. [5] Procédé de fabrication d'un vilebrequin comportant un nombre impair de tourillons selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lors de ladite première étape d'obtention de l'arbre brut ce dernier est conformé de façon à ce que les tourillons (T1,T2,T3,T4,T5), les manetons (M1,M2,M3,M4), les contrepoids (CTP1,CTP2,CTP3,CTP4) et les bras (Bll,B12,B22,B23,B33,B34,B44,B45) sont disposés sensiblement symétriquement d'une part par rapport à un premier plan s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal du vilebrequin et passant par le centre du tourillon central (T3) et d'autre part par rapport à un second plan passant par l'axe longitudinal du vilebrequin. t6] Vilebrequin pour un moteur à combustion interne du type présentant une pluralité de cylindres identiques, comprenant des tourillons (T1,T2,T3,T4,T5), des manetons (M1,M2,M3,M4) réunis auxdits tourillons par des bras (Bll,B12,B22,B23,B33,B34,B44,B45) et Qes contrepoids (CTP1,CTP2,CTP3,CTP4) portés par lesdits bras à l'opposé des manetons, caractérisé en ce que les contrepoids (CTP1,CTP4) adjacents aux tourillons (T1,T5) disposés aux deux extrémités axiales sont réalisés de façon à présenter des balourds prédéterminés supérieurs à ceux des autres contrepoids (CTP2,CTP3). [7] Vilebrequin comportant un nombre impair de tourillons selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tourillons (T1,T2,T3,T4,T5), les manetons (M1,M2,M3,M4), les contrepoids (CTP1,CTP2,CTP3,CTP4) et les bras (Bll,B12,B22,B23,B33,B34,B44,B45) sont disposés sensiblement symétriquement d'une part par rapport à un premier plan s'étendant perpendiculairement à l'axe longitudinal du vilebrequin et passant par le centre du tourillon central (T3) et d'autre part par rapport à un second plan passant par l'axe longitudinal du vilebrequin.