Brevet FR2802591A1 — publié le 20010622

L'invention concerne un vilebrequin mécano- soudé constitué d'un certain nombre d'eléments individuels, qui sont constitués chacun d'un flasque de manivelle sur lequel sont formés de part et d'autre des tronçons de forme tubulaire, et sont assemblés par soudage de façon telle que les tronçons forme tubulaire d'éléments individuels voisins forment en commun tourillons de paliers principaux et des tourillons de manetons, qui présentent chacun en leur intérieur, des cavités réduisant le poids, les tourillons de paliers principaux et les -tôurillons de manetons se chevauchant respectivement radialement, et le vilebrequin ainsi formé étant en outre muni de canaux de lubrification qui comprennent des perçages de direction axiale qui s'étendent sensiblement dans la direction axiale du vilebrequin, et en outre des perçages direction radiale, qui relient les perçages de direction axiale aux surfaces des tourillons. D'après le document EP 0 090 013 B1, on connaît un vilebrequin assemblé, dont les éléments individuels sont constitués chacun d'un flasque de manivelle, de part et d'autre duquel sont formés des tronçons de forme tubulaire. Les éléments individuels sont assemblés par soudage dans la zone des tourillons de paliers principaux et des tourillons de manetons, ce qui conduit à un vilebrequin dont les tourillons de manetons et de paliers principaux présentent des cavités en leur intérieur. Cela conduit à une forte réduction de poids par rapport à des vilebrequins usuels. Pour la lubrification des paliers, on a prévu dans les cavités des tourillons de manetons et de paliers principaux, des conduites de lubrification, qui sont formées par des conduites tubulaires rapportées, débouchent par des perçages dans les surfaces périphériques des tourillons et sont reliées les unes aux autres à intérieur du vilebrequin, par l'intermédiaire de canaux. Ces conduites de lubrification permettent un flux de d'huile orienté avec des volumes d'huile minimum, conduit à une lubrification suffisante des zones de palier. Cela entraine toutefois le risque de voir les conduites tubulaires rapportées se détacher en cours de fonctionnement, et d'endommager les paliers; par ailleurs, ce mode de guidage de l'huile par de petits tubes rapportés est d'une fabrication complexe et d'un montage très compliqué. Selon une autre configuration connue d'après le document EP 0 090 013 B1, les tourillons de manetons et de paliers principaux sont reliés par l'intermédiaire d'un perçage oblique. Cela conduit toutefois à une diminution de la taille des cavités, parce qu'il est nécessaire de prévoir à l'intérieur des éléments individuels, de la matière supplémentaire, au travers de laquelle peuvent passer ces perçages. Cela réduit le gain poids obtenu par les cavités. D'après le document DE 195 349 Cl, on connait par ailleurs un vilebrequin mécano soudé, obtenu par soudage par friction, qui présente également des cavités à l'intérieur des tourillons de paliers principaux et de manetons. L'amenée d'huile de lubrification le long de l'arbre de vilebrequin s'effectue ici par l'intermédiaire de cavités supplémentaires, qui dans la zone des tourillons sont en partie réalisés sous forme de chambres annulaires, et sont reliées par des canaux de lubrification. Cela permet de garantir un écoulement d'huile dirigé et efficace dans la région des zones de palier. Toutefois, l'huile s'écoule autour des joints soudés dans la zone des chambres annulaires, avec le risque d'un entrainement de particules résiduelles dans le circuit d'huile. En outre, dans l'exécution des cavités doubles, on conserve des épaisseurs de paroi relativement faibles, ce qui conduit à un faible moment d'inertie géométrique de la surface de soudage, et en conséquence à un assemblage moins résistant des éléments individuels. A partir de cet état de la technique, le but de invention consiste à améliorer un vilebrequin assemblé, creux dans la zone des tourillons, tout en conservant une fabrication aisée, de faon telle que d'une part que soient formées entre les éléments individuels, des surfaces de soudage d'un grand moment d'inertie géométrique, et que d'autre part soit garanti un écoulement dirigé de l'huile pour la lubrification des paliers, sans que l'huile vienne en contact avec des barbes de soudage, ceci en réalisant simultanément poids le plus réduit possible. Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait que les canaux de lubrification, exception faite des ouvertures de sortie des perçages de direction radiale, se situent entièrement dans la zone d'intersection ou de chevauchement des tourillons de paliers principaux et de manetons, et que les parois des tourillons de forme tubulaire, exception faite canaux de lubrification, sont d'une configuration sans cavités. Ainsi, les canaux de lubrification sont réalisés par des perçages qui s'étendent sensiblement dans la direction axiale, dans la zone d'intersection ou de chevauchement des tourillons de paliers principaux et de manetons, et qui débouchent par un perçage radial directement dans la surface du tourillon. Cela ne nécessite qu'une mise en ceuvre réduite pour la fabrication et le montage, et les canaux de lubrification sont libres de barbes de soudage pouvant les contaminer. Les tourillons de forme tubulaire sont en outre à paroi pleine, c'est à dire realisés sans cavités, exception faite du perçage de lubrification, ce qui entraîne des surfaces de soudage entre les éléments individuels, particulièrement grandes, en permettant d'optimiser la résistance et le poids du vilebrequin. De la même façon, les cavités réduisant le poids peuvent être réalisées avec une grandeur optimale. Dans le cas de la présente invention, les amenées d'huile, radiales, se trouvent' sur le côté intérieur de la force centrifuge, ce qui surmonte le préj selon lequel pour une lubrification adaptée, l'amenée d'huile de lubrification doit nécessairement se faire dans le sens de la force centrifuge. aspect de la présente invention constitue un défi technique et va à l'encontre des enseignements techniques des demandes DE 195 36 349 C1 et EP 0 090 013 B1, dont les amenées d'huile sur les tourillons de manetons débouchent pour chacun d'entre-eux, sur le côté extérieur de la force centrifuge. Selon des configurations avantageuses de l'invention, les éléments individuels sont assemblés mutuellement par un soudage par friction. Par ailleurs, les perçages de direction axiale des canaux de lubrification dans les éléments individuels sont fermés aux extrémités. D'autre part, les perçages de direction axiale des canaux de lubrification d'éléments individuels voisins sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres et/ou positionnés en présentant un décalage radial réciproque, de façon telle que les deux perçages de direction axiale soient fermés aux extrémités, par la paroi tubulaire de l'élément conjugué. Par ailleurs, il est également possible que perçages de direction axiale des canaux de lubrification dans les éléments individuels soient fermés aux extrémités, par une pièce d'insert emmanchée a force (par exemple une bille, une cheville ou une plaquette), ou par le soudage. Selon une caractéristique de l'invention, les eléments individuels à l'état initial, c'est à dire avant la formation des canaux de lubrification, sont des pièces identiques, de sorte que les zones d'assemblage éléments individuels se situent de manière centree au milieu des tourillons de manetons et- de paliers principaux, et chaque tourillon de maneton et de palier principal présente deux sorties de canal lubrification. D'après une configuration de l'invention, tronçons de forme tubulaire d'éléments individuels voisins, associés aux tourillons de manetons et de paliers principaux, sont de longueur différente, de sorte que les zones d'assemblage des éléments individuels sont décalées axialement par rapport au milieu de tourillon, et chaque tourillon de maneton et de palier principal présente en son milieu au moins une sortie de canal de lubrification. Selon un autre mode de réalisation, chaque flasque de manivelle présente dans la zone de l'axe principal du tourillon de palier principal, un trou passage dont le diamètre correspond au maximum diamètre intérieur du tourillon de palier principal. Finalement, l'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'un vilebrequin du type de celui qui vient d'être décrit, le procédé étant caractérisé en ce que l'on assemble à chaque fois deux éléments individuels dans la zone du tourillon de palier principal pour former un élément double, que on perce ensuite les canaux de direction axiale et radiale de la conduite de lubrification dans l'élément double, et que l'on assemble par soudage un certain nombre éléments doubles dans la zone des tourillons de manetons pour former le vilebrequin terminé. Dans la suite, l'invention va être explicitée plus en détail au regard d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins annexés, qui montrent: Fig.l une coupe latérale d'un vilebrequin d'un moteur en ligne, Fig.2 une vue de détail du canal de lubrification de la figure 1, Fig.3 une vue axiale ou vue en plan la zone d'intersection radiale ou de chevauchement radial des tourillons de paliers principaux et des tourillons de manetons, conformement à la coupe III-III de la figure 1 ... Fig.3a ... pour une course H = Hma,, Fig.3b ... pour une course plus petite H d + 211, El étant l'épaisseur de paroi minimale nécessaire du canal de lubrification (voir figure 2); # que course H du vilebrequin ne doit pas dépasser une valeur maximale Hn,a,, = R1 + R2 -d -211, R1 et R2 étant les rayons du tourillon de palier principal et tourillon de maneton 6 et 7, d le diamètre du perçage axial 11, et Il l'épaisseur de paroi minimale pour le guide d'huile (voir figure 1). Pour la course maximale H = H,,a,c, le perçage axial 11 du canal de lubrification 10 s'étend, comme le laisse entrevoir la figure 3a, le long de la zone d'intersection ou de chevauchement 15 (dans ce cas minimale) du tourillon de palier principal 6 et du tourillon de maneton 7. Pour des courses plus petites H H,a,r du vilebrequin, la zone d'intersection 15 devient plus grande (figure 3b). Pour des courses encore plus petites H H,a,, apparaissent, comme le montre la figure 3c, deux zones d'intersection 15' et 15" disjointes entre le tourillon de palier principal et le tourillon de maneton 7; dans ce cas le perçage axial 11 ou respectivement 11' peut être logé au choix dans l'une des deux zones. Le déroulement de la fabrication est avantageusement prévu de façon telle que le canal axial et les deux canaux de direction radiale 12, 13 soient percés ou usinés par érosion dans les éléments individuels pré-usinés dans une large mesure aux cotes finies, avant que ces éléments indivIdûels soient assemblés par soudage. Par l'opération de soudage, le perçage axial 11, comme le montre la figure 1, est fermé a ses deux extrémités 20 par les éléments individuels 2', 2" voisins, de sorte qu'il se forme un guide d'huile de lubrification 10 séparé et fermé, qui ie tourillon de palier principal 6 au tourillon de maneton 7. Le vilebrequin peut ainsi être réalisé de manière modulaire, par l'assemblage d'éléments individuels 2, 2' de fabrication simple; un usinage par enlèvement de copeaux du vilebrequin assemblé terminé, est inutile, exception faite de l'usinage de finition surfaces de palier. Cela signifie une diminution du nombre des opérations de fabrication par rapport aux procédés connus, et conduit, par ailleurs, à une construction simple et robuste du vilebrequin. L'assemblage d'éléments individuels à l'aide d'un soudage par friction offre par ailleurs l'avantage supplémentaire de permettre le soudage entre-eux un large spectre de matériaux, notamment également de matériaux différents, en permettant ainsi de fabriquer le vilebrequin de manière visée, dans les matériaux plus appropriés. L'exemple de réalisation de la figure 4 montre un vilebrequin l' destiné à des moteurs en V. La difference par rapport au vilebrequin montré sur la figure 1 réside dans le fait que dans ce cas, deux bielles coopèrent avec chaque tourillon de maneton 7; en consequence, sur chaque tourillon de maneton debouchent deux sorties d'huile 13. Pour l'amenée d'huile, chaque deuxième élément individuel 2 est pourvu, de manière analogue au vilebrequin 1 pour moteurs en ligne (figure 1), d'un canal de lubrification 10 qui est constitué d'un perçage axial dans lequel débouchent trois perçages 12, de direction radiale. Le perçage 12- issu du milieu du tourillon de palier principal, tandis que les perçages 13 sont issus des paliers des bielles. Les tronçons tubulaires 4, 4" et 5, 5' éléments individuels 2, 2', 2" voisins sont alternativement de longueur différente; les joints de soudage entre les éléments individuels 2, 2', 2" sont ainsi decalés par rapport au milieu des tourillons, et chaque conduite de lubrification 10 s'étend entièrement à l'intérieur d'un seul elément individuel 2. Les étapes de procédé pour la fabrication de ce vilebrequin sont analogues à celles du vilebrequin décrit pour les moteurs en ligne. Dans le cas du mode de réalisation représenté sur la figure 4, la lubrification des deux paliers de biel s'effectue par l'intermédiaire de la même conduite de lubrification 10 et d'une entrée commune 12. Cela entraîne le risque suivant, à savoir que notamment dans cas de conduites de lubrification 10 très fines, la sortie 13 la plus éloignée de l'entrée 12 risque de ne pas être alimentée suffisamment en huile de lubrification, et dans le cas d'un rayon identique des deux perçages 13, les deux bielles ne seraient pas lubrifiées de manière uniforme. Une configuration qui remédie à ces inconvénients potentiels, est représentée sur la figure 5. Ici sont prévus dans chaque tourillon de maneton, deux canaux de lubrification 10, 10', qui alimentent les deux paliers par l'intermédiaire des sorties 13, 13', indépendamment l'un de l'autre, en huile de lubrification; en conséquence, sur chaque tourillon de palier principal débouchent également deux canaux de lubrification dont les ouvertures de sortie sont décalées radialement d'un angle qui est déterminé par la disposition des cylindres. Les tronçons tubulaires 4, 4" et 5, 5' d'éléments individuels 2, 2', 2" voisins, sont dans ce cas, de longueur identique, de sorte que les joints soudés 14 sont dispôsés au milieu des tourillons de paliers principaux 6 et des tourillons de manetons 7. Un autre avantage de cette configuration pour moteurs en V, réside dans le fait que le vilebrequin peut être réalisé en des éléments individuels identiques, ce qui permet d'économiser des couts de fabrication. La fabrication se déroule de manière similaire celle décrite plus haut pour le moteur en ligne: dans chaque élément individuel 2 on perce tout d'abord canal axial 11 et les deux canaux de direction radiale 12, 13; ensuite on assemble par soudage les éléments individuels entre-eux. Suite au soudage, le perçage axial 11 est fermé aux extrémités par les éléments individuels voisins. En vue d'obtenir une amenée d'huile de lubrification uniforme aux iers de manetons, il peut s'avérer avantageux que notamment également les deux canaux de lubrification 10, 10' débouchant sur un tourillon de maneton 7 soient séparés l'un de autre. Cela peut se faire de différentes manières, en fonction de la géométrie du vilebrequin Si la course H du vilebrequin est très faible (H Hmaf), le tourillon de palier principal 6 et le tourillon de maneton 7 possèdent, comme le montre la figure 3c, deux zones d'intersection 15 et 15' disjointes, dans lesquelles peuvent être logés les perçages de direction axiale 11, 11' des deux canaux de lubrification 10, 10'. Lors du soudage des éléments doubles dans la zone des tourillons de paliers principaux, chaque perçage axial 11, 11' est alors fermé à son extrémité, respectivement par l'élément double voisin, de sorte qu'il en résulte des guides d'huile de lubrification 10, 10' fermés automatiquement, qui relient les tourillons de paliers principaux 6 et les tourillons de manetons 7. De manière similaire, pour des courses plus petites H REVENDICATIONS 1. Vilebrequin mécano-soudé constitué d'un certain nombre d'éléments individuels, - qui sont constitués chacun d'un flasque de manivelle sur lequel sont formés de part et d'autre des tronçons de forme tubulaire, - et sont assemblés soudage de façon telle que les tronçons de forme tubulaire d'éléments individuels voisins forment en commun des tourillan"s de paliers principaux et des tourillons de manetons, qui présentent chacun en leur intérieur, des cavités réduisant le poids, les tourillons de paliers principaux et les tourillons de manetons se chevauchant respectivement radialement, - et le vilebrequin ainsi formé étant en outre muni de canaux de lubrification - qui comprennent des perçages de direction axiale qui s'étendent sensiblement dans la direction axiale du vilebrequin, - et en outre des perçages de direction radiale, qui relient les perçages de direction axiale aux surfaces des tourillons, caractérisé - en ce que les canaux de lubrification (10), exception faite des ouvertures de sortie des perçages de direction radiale (12, 13), se situent entièrement dans la zone d'intersection (15) des tourillons de paliers principaux et de manetons (6, 7), - et en ce que les parois des tourillons (6, 7) de forme tubulaire, exception faite des canaux de lubrification (10), sont d'une configuration sans cavités. 2. Vilebrequin selon revendication 1, caractérisé en ce que les éléments individuels (2, 2', 2") sont assemblés mutuellement un soudage par friction. 3. Vilebrequin selon revendication 1, caractérisé en ce que les perçages de direction axiale (11) des canaux de lubrification ) dans les éléments individuels (2) sont fermés aux extremités. 4. Vilebrequin selon revendication 3, caractérisé en ce que les perçages de direction axiale (11) des canaux de lubrification (10) d'éléments individuels (2) voisins sont décalés angulairement les uns par rapport aux autres et/ou positionnés en présentant un décalage radial réciproque, de façon telle que les deux perçages de direction axiale (11) soient fermés aux extrémités (20) par la paroi tubulaire de l'élément conjugué (21, 211). 5. Vilebrequin selon revendication 3, caractérisé en ce que les perçages de direction axiale (11) des canaux de lubrification dans les éléments individuels (2) sont fermés aux extrémités, par une pièce d'insert (17) emmanchée à force (par exemple une bille, une cheville ou une plaquette) 6. Vilebrequin selon revendication 3, caractérisé en ce que les perçages direction axiale (11) des canaux de lubrification dans les éléments individuels (2), sont fermés par soudage (18). 7. Vilebrequin selon revendication 1, caractérisé en ce que les éléments individuels (2, 2', 2") à l'état initial, c'est à dire avant la formation des canaux de lubrification (10), sont des pièces identiques, de sorte que les zones d'assemblage (14) des éléments individuels (2, 2', 2") se situent de manière centrée au milieu des tourillons de manetons et de paliers principaux (6, 7), et en ce que chaque tourillon maneton et de palier principal (6, 7) présente deux sorties de canal de lubrification (12 13). 8 Vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tronçons de forme tubulaire (4, 4', 5, 5 ") d'éléments individuels voisins (2, 2', 211), associés aux tourillons de manetons et de paliers principaux (6, 7), sont de longueur différente, de sorte que les zones d'assemblage (14) des éléments individuels (2, 2', 2") sont décalées axialement par rapport milieu de tourillon, et en ce que chaque tourillon de maneton et de palier principal (6, 7) présente en son milieu au moins une sortie de canal de lubrification (12, 13). 9. Vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque flasque de manivelle (3) présente dans la zone de l'axe principal (16) du tourillon de palier principal (6), un trou de passage (21) dont le diamètre correspond au maximum au diamètre intérieur du tourillon de palier principal (6). 10. Procédé de fabrication d'un vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on assemble à chaque fois deux éléments individuels (2, 2') dans la zone du tourillon de palier principal (6) pour former un élément double (19), que l'on perce ensuite les canaux de direction axiale et radiale (11, 12, 13) de la conduite de lubrification (10) dans l'élément double (19), et que