Brevet FR2718203A1 — publié le 19951006

VILEBREQUIN EN PLUSIEURS ELEMENTS ASSEMBLES La présente invention concerne les vilebrequins pour moteurs à combustion interne ou pour compresseurs, destinés à transformer le mouvement alternatif des pistons en un mouvement de rotation de l'arbre de moteur ou de compresseur. Les vilebrequins habituellement utilisés dans les moteurs à combustion interne comprennent au moins un maneton intermédiaire excentré solidaire de deux axes coaxiaux. Le maneton reçoit la poussée du piston, et l'excentration du maneton permet la transformation du mouvement de translation en un mouvement de rotation du vilebrequin autour des axes coaxiaux tourillonnant dans des paliers correspondants du carter de moteur. Une structure similaire est également utilisée dans les compresseurs et les pompes, pour transformer le mouvement de rotation de l'arbre moteur du compresseur ou de la pompe en un mouvement de translation d'un ou plusieurs pistons. Les vilebrequins habituellement utilisés sont monoblocs, constitués d'une seule pièce conformée de façon appropriée pour présenter les surfaces externes formant le maneton excentré et les axes coaxiaux. Ces vilebrequins, pour être introduits dans le carter de moteur ou de compresseur, nécessitent l'utilisation d'un carter de moteur ou de compresseur en deux pièces et/ou comportant une ouverture suffisante pour l'introduction du vilebrequin monobloc, bielles ouvertes avec chapeau. Cela réduit sensiblement la liberté de conception des moteurs et compresseurs. Le problème proposé par la présente invention est de concevoir une nouvelle structure de vilebrequin qui puisse être montée dans le carter de moteur ou de compresseur sans nécessiter la présence d'une ouverture de grande dimension dans le carter de moteur ou de compresseur, ou la présence d'un carter en deux pièces. La difficulté est que le vilebrequin doit être une pièce dont les dimensions sont précises, pour coopérer de façon appropriée avec les autres éléments du moteur ou compresseur. En particulier, les axes doivent être parfaitement alignés l'un par rapport à l'autre, et ils doivent être écartés l'un de l'autre d'une distance parfaitement connue. Egalement, le vilebrequin, une fois introduit dans le carter de moteur ou de compresseur, doit être une pièce parfaitement rigide et capable de supporter les efforts mécaniques habituels. Ces considérations tendent a priori à faire renoncer à toute solution dans laquelle le vilebrequin serait constitué de plusieurs pièces que l'on assemble directement dans le carter de moteur ou de compresseur, solution d'autant plus difficile lorsque l'ouverture du carter de moteur ou de compresseur est de faible dimension, ne permettant pas l'introduction d'outils volumineux dans le carter de moteur ou de compresseur pour l'assemblage du vilebrequin. La solution selon l'invention consiste à prévoir un vilebrequin constitué d'un assemblage démontable de - une première pièce formant le premier axe et un premier bras de liaison et d'équilibrage, - une seconde pièce formant le second axe et un second bras de liaison et d'équilibrage, - une pièce formant le maneton, - l'une au moins des extrémités du maneton étant solidarisée au bras correspondant par des moyens d'engagement axial mâle-femelle, par des moyens de repérage et de blocage en rotation, et par des moyens de serrage axial. Selon une première variante, le vilebrequin comprend deux pièces principales, à savoir une première pièce formant le premier axe et un premier bras de liaison et d'équilibrage, et une deuxième pièce formant le second axe solidaire d'un second bras de liaison et d'équilibrage lui-même solidaire d'un maneton. Selon une seconde variante, le maneton est une troisième pièce distincte, dont chaque extrémité est solidarisée à un bras correspondant par des moyens de solidarisation démontables, de sorte que le vilebrequin comprend trois pièces principales. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention : - les moyens d'engagement axial mâle-femelle comprennent un trou borgne ménagé dans le bras correspondant et dans lequel s'engage sans jeu latéral l'extrémité correspondante du maneton, - les moyens de repérage et de blocage en rotation comprennent au moins un ergot excentré dépassant axialement de la face d'extrémité du maneton et s'engageant dans un trou correspondant ménagé dans le fond du trou borgne de bras, - les moyens de serrage axial comprennent au moins une vis dont la tige traverse un alésage axial du bras et se visse dans un trou taraudé correspondant ménagé dans la face d'extrémité du maneton, pour serrer en butée l'un contre l'autre le bras et le maneton. Les moyens de repérage et de blocage en rotation peuvent avantageusement comprendre deux ergots diamétralement opposés du maneton, s'engageant dans deux trous correspondants du bras. Egalement, les moyens de serrage axial peuvent avantageusement comprendre deux vis traversant deux alésages diamétralement opposés du bras et se vissant dans deux trous taraudés diamétralement opposés du maneton. Dans ce cas, les trous et alésages des moyens de serrage axial sont décalés angulairement par rapport aux trous et ergots des moyens de repérage et de blocage en rotation. De préférence, dans la variante à trois pièces principales, le maneton comprend deux épaulements qui, en position d'assemblage, viennent en appui contre les faces respectives des bras correspondants, un jeu étant laissé entre les faces d'extrémité du maneton et les fonds des trous correspondants des bras. Le blocage sur le diamètre du maneton est obtenu par deux rampes coniques : une première rampe située sur le bras, une seconde rampe située sur le maneton. Les rampes bloquent le maneton en fin de course d'emmanchement, le laissant libre sur le reste pour faciliter le montage et pour obtenir une meilleure liaison. Ces nouvelles structures de vilebrequin selon l'invention permettent de réaliser les éléments du vilebrequin séparément les uns des autres, puis de les assembler à l'intérieur du carter de moteur ou de compresseur sans nécessiter d'outil particulier de centrage ni d'instrument particulier de contrôle des positionnements, des alignements et des dimensions. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une vue de côté d'un vilebrequin selon un mode de réalisation de la présente invention - la figure 2 est une vue de côté en coupe longitudinale diamétrale du maneton de la figure 1 - la figure 3 est une vue en bout du maneton de la figure 1 ; et - la figure 4 est une vue en bout du vilebrequin de la figure 1. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, un vilebrequin selon l'invention comprend au moins une première pièce 1 formant un premier axe 2 et un premier bras de liaison et d'équilibrage 3, une seconde pièce 4 formant un second axe 5 et un second bras de liaison et d'équilibrage 6, et une troisième pièce 7 constituant le maneton. Ces trois pièces sont assemblées de façon démontable pour former un vilebrequin dans lequel le maneton 7 est en position intermédiaire et excentrée, solidaire de deux axes 2 et 5 coaxiaux. Chaque extrémité du maneton 7 est solidarisée au bras correspondant respectivement 3 et 6 par des moyens d'engagement axial mâle-femelle, par des moyens de repérage et de blocage en rotation, et par des moyens de serrage axial. Dans le mode de réalisation représenté, les moyens d'engagement axial mâle-femelle comprennent un trou borgne respectivement 8 ou 9, ménagé dans le bras correspondant respectivement 3 ou 6, et dans lequel s'engage sans jeu latéral une portion d'extrémité correspondante 10 ou 11 du maneton 7. Le maneton 7 comprend deux épaulements 12 et 13 qui, en position d'assemblage, viennent en appui contre les faces respectives 14 et 15 des bras correspondants 3 et 6. Comme illustré sur la figure, un espace E est laissé entre les faces d'extrémité 16 et 17 du maneton 7 et les fonds respectifs 18 et 19 des trous borgnes 8 et 9 des bras 3 et 6, pour la circulation d'huile et pour un serrage correct. Les portions d'extrémité 10 et 11 comportant chacune, dans le mode de réalisation avantageux représenté plus en détail sur la figure 2, une partie intermédiaire cylindrique 101 et 111 respectivement, un premier cône de blocage 102 et 112 respectivement en extrémité, et un second cône de blocage 103 et 113 respectivement en zone de raccordement. Les parties intermédiaires cylindriques 101 et 111 glissent sans jeu dans les trous borgnes respectifs 8 ou 9, et les cônes de blocage 102, 103, 112, 113 assurent le blocage aux deux extrémités sur des portions correspondantes des trous borgnes 8 ou 9. Les moyens de repérage et de blocage en rotation comprennent, pour chaque fixation du maneton 7 sur l'un des bras 3 ou 6, deux ergots, par exemple diamétralement opposés, dépassant axialement de la face d'extrémité 16 ou 17 du maneton 7, et s'engageant dans deux trous correspondants des bras 3 et 6. Par exemple, comme illustré sur les figures 2 et 3, on distingue deux ergots 20 et 21 dépassant de la face d'extrémité 17 du maneton 7, en des positions diamétralement opposées par rapport à l'axe longitudinal médian du maneton. Les ergots 20 et 21 peuvent par exemple être constitués de goupilles qui sont insérées partiellement et fixées dans des trous ménagés dans la face d'extrémité 17 du maneton 7. Les ergots 20 et 21 viennent s'engager sans jeu dans des trous traversants correspondants tels que les trous 22 et 23 du bras 3, visibles sur la figure 4. On prévoit naturellement des trous similaires dans le second bras 6, les fixations des deux bras 3 et 6 étant identiques sur le maneton 7. Les moyens de serrage axial des bras 3 et 6 sur le maneton 7 comprennent, pour chaque fixation d'un bras 3 ou 6 sur le maneton 7, deux vis respectivement 24 et 25 pour le premier bras 3, 26 et 27 pour le second bras 6, traversant deux alésages par exemple diamétralement opposés du bras correspondant 3 ou 6, et se vissant dans deux trous taraudés respectivement 28, 29, 30 et 31 correspondants du maneton 7. Comme on le voit sur les figures, les trous et les alésages des moyens de serrage axial sont décalés angulairement de 90 degrés par rapport aux trous et ergots des moyens de repérage et de blocage en rotation, mais cette disposition peut être différente. Comme représenté sur les figures 1 et 4, l'une des deux vis de serrage, à savoir les vis 25 et 27, est introduite par un trou axial borgne respectif 32 ou 33 de l'axe correspondant 2 ou 5. Le trou borgne 32 ou 33 débouche à l'extrémité libre de l'axe 2 ou 5, la tête de vis 25 ou 27 venant porter contre le fond du trou axial borgne correspondant 32 ou 33. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, les trous, alésages et ergots servant au serrage et au repérage ou blocage en rotation, sont répartis au voisinage de la périphérie du maneton 7, laissant libre la partie centrale du maneton 7. On profite de cette disposition pour percer le maneton 7 d'un trou axial traversant 34, qui débouche ainsi sur l'une et l'autre de ses faces d'extrémité 16 et 17. On ménage plusieurs canaux radiaux tels que les canaux 35, 36 et 37, reliant le trou axial traversant 34 et la surface périphérique 38 du maneton 7. Chaque bras 3 ou 6 comprend un canal respectivement 39 ou 40 reliant le fond de son trou borgne respectif 8 ou 9 d'adaptation du maneton 7 et une partie intermédiaire de surface périphérique 41 ou 42 de l'axe 2 ou 5 sur laquelle il débouche. Les canaux 39 et 40, le trou axial traversant 34, et les canaux 35, 36 et 37 assurent le passage d'huile pour la lubrification du maneton 7. Pour la réalisation du vilebrequin, le maneton est entièrement usiné, avec trempe superficielle sur le grand diamètre, et avec quatre trous taraudés pour les vis de serrage. Les bras et axes sont réalisés séparément, et comprennent les trous de passage des vis de serrage, et les trous de passage des ergots. On effectue un premier assemblage, en serrant les vis de serrage, et en profitant du jeu éventuel pour aligner au mieux les deux axes 2 et 5, et on bloque les vis. On alèse ensuite le maneton à travers les trous de bras prévus pour le passage des ergots. On démonte les bras. On insère et on colle des goupilles de centrage dans le maneton, pour former des ergots. On remonte l'ensemble et on rectifie les axes 2 et 5. Le vilebrequin peut ensuite être démonté et remonté sans avoir à être centré, ses différentes pièces étant introduites l'une après l'autre dans le carter de moteur ou de compresseur pour être réassemblées directement dans le carter de moteur ou de compresseur, en engageant les extrémités de maneton dans les trous borgnes correspondants des bras, et en vissant les vis de serrage. Pour faciliter les démontages, les trous libres de passage des vis 24-27 dans les bras 3 et 6 sont taraudés. Après dépose des vis 24-27, deux extracteurs de plus gros diamètres que les vis sont vissés dans les alésages taraudés du bras 3 ou 6 en regard des trous taraudés 28-31 du maneton 7. Ces extracteurs prennent appui sur le maneton 7 pour extraire chaque bras 3, 6. On peut ainsi démonter le vilebrequin à l'intérieur d'un carter. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. RFVENDICATIONS 1 - Vilebrequin pour moteur à combustion interne ou compresseur, comprenant au moins un maneton (7) intermédiaire excentré solidaire de deux axes (2, 5) coaxiaux, caractérisé en ce que le vilebrequin est un assemblage démontable d'au moins - une première pièce (1) formant le premier axe (2) et un premier bras de liaison et d'équilibrage (3), - une seconde pièce (4) formant le second axe (5) et un second bras de liaison et d'équilibrage (6), - une pièce (7) formant le maneton, - l'une au moins des extrémités du maneton (7) étant solidarisée au bras correspondant (3, 6) par des moyens d'engagement axial mâle-femelle (811), par des moyens de repérage et de blocage en rotation (20-23), et par des moyens de serrage axial (24-27). 2 - Vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que - une troisième pièce (7) forme le maneton, - chaque extrémité du maneton (7) est solidarisée au bras correspondant (3, 6) par des moyens d'engagement axial mâle-femelle (8-11), par des moyens de repérage et de blocage en rotation (20-23), et par des moyens de serrage axial (24-27). 3 - Vilebrequin selon la revendication 2, caractérisé en ce que - les moyens d'engagement axial mâle-femelle comprennent un trou borgne (8, 9) ménagé dans le bras correspondant (3, 6) et dans lequel s'engage sans jeu latéral l'extrémité correspondante (10, 11) du maneton (7), - les moyens de repérage et de blocage en rotation comprennent au moins un ergot (20, 21) excentré dépassant axialement de la face d'extrémité (16, 17) du maneton (7) et s'engageant dans un trou correspondant (22, 23) ménagé dans le fond du trou borgne (8, 9) de bras (3, 6), - les moyens de serrage axial comprennent au moins une vis (24-27) dont la tige traverse un alésage axial du bras (3, 6) et se visse dans un trou taraudé correspondant (28-31) ménagé dans la face d'extrémité (16, 17) du maneton (7), pour serrer en butée l'un contre l'autre le bras (3, 6) et le maneton (7). 4 - Vilebrequin selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de repérage et de blocage en rotation comprennent deux ergots (20, 21) du maneton (7), s'engageant dans deux trous correspondants (22, 23) du bras (3, 6). 5 - Vilebrequin selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de serrage axial comprennent deux vis (24-27) traversant deux alésages du bras (3, 6) et se vissant dans deux trous taraudés (28-31) correspondants du maneton (7), les trous et alésages des moyens de serrage axial étant décalés angulairement par rapport aux trous et ergots des moyens de repérage et de blocage en rotation. 6 - Vilebrequin selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des deux vis de serrage (25, 27) est introduite dans un trou axial borgne (32, 33) de l'axe (2, 5), débouchant à son extrémité libre, la tête de vis (25, 27) venant porter contre le fond du trou axial borgne (32, 33) 7 - Vilebrequin selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le maneton (7) comprend deux épaulements (12, 13) qui, en position d'assemblage, viennent en appui contre les faces respectives (14, 15) des bras correspondants (3, 6), un espace (E) étant laissé entre les faces d'extrémité (16, 17) du maneton (7) et les fonds (18, 19) respectifs des trous correspondants (8, 9) des bras (3, 6) pour un serrage correct sur les épaulements (12, 13) du maneton. 8 - Vilebrequin selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que les ergots (20, 21) de repérage et de blocage en rotation sont des goupilles insérées partiellement et fixées dans des trous ménagés dans la face d'extrémité (16, 17) de maneton (7), leurs parties dépassantes se logeant dans des trous traversants (22, 23) correspondants des bras (3, 6). 9 - Vilebrequin selon la revendication 7, caractérisé en ce que - le maneton (7) comprend un trou axial (34) traversant, débouchant sur lune et l'autre de ses faces d'extrémité (16, 17), et plusieurs canaux radiaux (35, 36, 37) reliant le trou axial (34) et la surface périphérique (38) du maneton (7), - chaque bras (3, 6) comprend un canal (39, 40) reliant le fond du trou borgne (8, 9) d'adaptation de maneton et une partie intermédiaire de surface périphérique (41, 42) de l'axe (2, 5), - les canaux (39, 40, 35, 36, 37) et trou axial (34) de maneton assurant le passage d'huile pour la lubrification du maneton (7). 10 - Vilebrequin selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un espace (E) est laissé entre les faces d'extrémités (16, 17) du maneton (7) et les fonds (18, 19) des trous borgnes (8, 9), pour la circulation d'huile et un serrage correct sur les épaulements (12, 13) du maneton. 11 - Vilebrequin selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les trous libres de passage des vis (24-27) sont taraudés pour permettre après dépose des vis (24-27) de visser des extracteurs de plus gros diamètre que les vis afin de pouvoir démonter le vilebrequin à l'intérieur d'un carter.