Brevet FR2861821A1 — publié le 20050506

Palier hydrodynamique. L'invention concerne un palier hydrodynamique tel qu'utilisé dans les organes d'un moteur à combustion interne. De nombreux organes d'un moteur à combustion interne comportent des paliers hydrodynamiques. Ce sont par exemple les guidages en rotation sur un carter d'un vilebrequin, d'un arbre à cames, d'un arbre d'équilibrage, ou le guidage entre un maneton du vilebrequin et une bielle. Un palier hydrodynamique comporte une partie de support, qui est par exemple une partie du carter, une partie formant un arbre, de forme cylindrique, issue de la pièce à guider en rotation et un coussinet interposé entre l'arbre et le support. Le support peut être monobloc, mais est fréquemment réalisé en deux pièces se séparant selon un plan contenant l'axe de rotation de l'arbre. Le coussinet est monté serré dans le support de manière à éviter sa rotation relative au support. Dans le cas d'un support en deux parties, le coussinet est réalisé également en deux parties. Le coussinet sert à réduire le frottement sur l'arbre et les risques de dommage associés à ce dernier, comme par exemple le grippage, lorsque l'arbre est en contact direct avec le coussinet. Pour cela, des matériaux spéciaux sont utilisés. Cependant, un jeu de fonctionnement est prévu entre l'arbre et le coussinet pour que, en 2861821 2 fonctionnement, un film de lubrifiant s'interpose dans le jeu de fonctionnement. Ainsi, l'arbre et le coussinet ne sont plus en contact direct. Néanmoins, on constate que le couple de résistance opposé au niveau du palier n'est minimal que lorsqu'une certaine charge radiale est appliquée. En particulier à très faible charge, la résistance est plus importante que lorsqu'il existe une charge supérieure. De même, lorsque le palier est à température ambiante, la viscosité du lubrifiant est en général importante, alors qu'à une température de fonctionnement stabilisé (par exemple 100 C), la viscosité est plus faible et la résistance également. Ainsi, le fonctionnement d'un moteur comportant de tels paliers hydrodynamiques est doublement pénalisé au démarrage, lorsque le moteur est froid et qu'il fonctionne à faible charge. C'est donc un objectif de l'invention de fournir un palier hydrodynamique dont la résistance à la rotation soit faible à la fois dans des conditions de faibles charge ou de température ambiante, et dans des conditions de fortes charges ou de haute température. Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un palier hydrodynamique comportant un support, un arbre monté rotatif dans le support, un coussinet interposé entre l'arbre et le support, un jeu de fonctionnement étant prévu entre l'arbre et le coussinet pour que, quand l'arbre tourne par rapport au coussinet, un film de lubrifiant soit contenu dans le jeu de fonctionnement. 2861821 3 Selon l'invention, le coussinet comporte, dans de premières conditions de fonctionnement, une protubérance circulaire située dans un plan radial de proéminence et s'étendant pour réduire le jeu de fonctionnement dans ledit plan radial de proéminence, la protubérance étant réduite ou supprimée dans de deuxièmes conditions de fonctionnement. Ainsi, dans les premières conditions de fonctionnement, le film de lubrifiant interposé entre le coussinet et l'arbre au niveau de la protubérance est réduit en épaisseur, ce qui modifie les caractéristiques du couple de résistance opposé à la rotation relative de l'arbre et du support. Puis dans les deuxièmes conditions de frottement, en particulier dans des conditions proches du fonctionnement nominal du palier, le coussinet comporte une géométrie sans protubérance, ce qui en fait un palier classique. Les conditions de fonctionnement nominal sont celles correspondant à une haute température ou à de fortes charges qui ont conditionné le dimensionnement du palier. De préférence, le plan radial de proéminence est un plan médian du coussinet. Selon un premier mode de réalisation les premières conditions de fonctionnement sont des conditions de faibles charges radiales appliquées entre l'arbre et le support, les deuxièmes conditions étant des conditions de fortes charges radiales. Le palier est donc en mesure de s'adapter à un 30 fonctionnement à faible charge, en réduisant la résistance à la rotation dans ce fonctionnement. En 2861821 4 effet, la portance de l'arbre dans le coussinet s'exerce essentiellement dans la zone de la protubérance, ce qui permet d'augmenter la pression locale du film de lubrifiant et de travailler ainsi dans les conditions où la résistance du film est la plus faible. Par ailleurs, le film de lubrifiant présente des discontinuités, en particulier sur les bords du coussinet, ce qui supprime les efforts de cisaillement à ce niveau. Par exemple, le coussinet comporte un évidement entre le support et le coussinet dans le plan radial de proéminence pour que le coussinet se déforme élastiquement et que la protubérance s'efface lorsque le palier est soumis à une forte charge radiale. La charge radiale appliquée entre l'arbre et le support fait augmenter la pression dans le film de lubrifiant au point d'entraîner la déformation élastique du coussinet pour qu'il s'écrase en comblant l'évidement. Dans ces conditions, le film de lubrifiant a sensiblement la même épaisseur sur toute la largeur du coussinet, et la charge est répartie sur cette largeur. Le palier hydrodynamique fonctionne alors dans des conditions classiques. Selon une variante du premier mode de réalisation, le support comporte en outre une rainure circonférentielle au niveau du plan radial de proéminence, un élément élastique étant inséré dans la rainure pour agir sur le coussinet et tendre à maintenir la protubérance. On dispose ainsi d'un moyen pour ajuster l'élasticité de la protubérance indépendamment de son épaisseur ou de son matériau constitutif. 2861821 5 L'élément élastique est par exemple un joint torique, en élastomère ou en matière métallique. Dans un deuxième mode de réalisation, les premières conditions de fonctionnement sont des conditions de température ambiante, les deuxièmes conditions étant des conditions de haute température. Le palier est ici aussi en mesure de s'adapter à un fonctionnement en fonction de la température de fonctionnement, en réduisant la résistance à la rotation à basse température. Lorsque le palier est à température ambiante, telle qu'au démarrage d'un moteur par exemple, on constate qu'en général, le palier est faiblement chargé. Comme dans le premier mode de réalisation, les frottements sont réduits lorsque le film de lubrifiant est d'épaisseur réduite au niveau de la protubérance. Par exemple, le support comporte deux anneaux de dilatation de part et d'autre d'un anneau central, le coussinet étant monté ajusté dans les anneaux, le diamètre intérieur des anneaux de dilatation étant supérieur au diamètre intérieur de l'anneau central dans les conditions de température ambiante, les matériaux des anneaux de dilatation et central étant choisis de telle sorte que, dans les conditions de haute température, la différence entre les diamètres intérieurs des anneaux soit réduite ou annulée. Lors de l'échauffement du palier, les anneaux de dilatation repoussent les parties extérieures du coussinet vers l'axe de manière à réduire le jeu de fonctionnement entre l'arbre et le coussinet. A haute température, c'est-à-dire en général à température 2861821 6 stabilisée en fonctionnement, la géométrie du coussinet est celle d'un coussinet classique. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un palier selon un premier mode de réalisation de l'invention, 10 seule une moitié du palier étant représentée; la figure 2 est une vue en coupe du coussinet et du support d'un palier conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, seule une moitié du palier étant représentée; la figure 3 est une vue similaire à la figure 2 d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Le palier 1 de la figure 1, selon un premier mode de réalisation de l'invention, n'a qu'une moitié représentée, la deuxième moitié étant symétrique par rapport à un axe de rotation A. Le palier 1 comporte un support 10 dans lequel est prévu un logement cylindrique. Un coussinet 11 est placé dans le logement cylindrique. Un arbre 12 est monté pivotant dans le coussinet autour de l'axe de rotation A, avec un jeu de fonctionnement 13 prévu entre l'arbre 12 et le coussinet 11. Le coussinet 11 est monté serré dans le logement du support 10. Selon l'invention, le coussinet 11 comporte dans des conditions de faible charge une protubérance 14 s'étendant dans un plan radial de proéminence, qui est aussi un plan médian M du coussinet 11, 2861821 7 perpendiculaire à l'axe de rotation A. La protubérance s'étend également sur toute la circonférence du coussinet, de telle sorte que le jeu de fonctionnement 13 est réduit à une valeur J au sommet de la protubérance, dans le plan médian M. Un espace vide 15 est prévu entre le coussinet 11 et le support 10 au droit de la protubérance 14. La protubérance est représentée de manière exagérée sur la figure 1, celle-ci dépassant la surface intérieure du coussinet d'une hauteur de l'ordre de quelques microns. Lors du fonctionnement, l'arbre tourne autour de l'axe A et un lubrifiant tel que de l'huile pénètre dans le jeu de fonctionnement 13, par exemple par les extrémités, de manière connue en soi. Un film de lubrifiant se forme alors dans le jeu de fonctionnement 13, une pression suffisante régnant dans le film pour supporter la charge de l'arbre 12 sans qu'il y ait contact direct entre l'arbre 12 et le coussinet 11. Lorsque la charge sur l'arbre augmente, la pression dans le film de lubrifiant augmente et tend à écraser élastiquement la protubérance 14, au moins dans un secteur circonférentiel recevant la charge, le coussinet comblant l'espace libre 15. La surface intérieure du coussinet est alors sensiblement cylindrique, au moins dans le secteur circonférentiel écrasé, comme représenté par la ligne L en trait mixte. Dans un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 2, un palier 2 comporte un support 20 et un coussinet 21 similaires au premier mode de réalisation. L'arbre n'est pas représenté. 2861821 8 Cependant, le support 20 comporte en outre une rainure circulaire 25 au droit de la protubérance 24, la rainure étant occupée par un élément élastique en forme de joint torique. Le joint torique 26 est en contact à la fois avec le coussinet et le fond 250 de la rainure dans le plan médian M. Lors de l'écrasement du coussinet dans les conditions telles que décrites précédemment, le joint torique 26 se déforme, comme montré, de manière exagérée, par la forme elliptique E en traits mixtes, modifiant ainsi la raideur de la protubérance. Dans un troisième mode de réalisation d'un palier 3, montré sur la figure 3, le coussinet 31 comporte dans des conditions de température ambiante une protubérance 34 s'étendant dans le plan médian M du support 30. La protubérance 34 s'étend également sur toute la circonférence du coussinet. La protubérance est également représentée de manière exagérée sur la figure 3. Le support 30 comporte deux anneaux de dilatation 36 de part et d'autre d'un anneau central 35, le coussinet étant monté ajusté dans les anneaux 35, 36, le diamètre intérieur des anneaux de dilatation 36 étant supérieur au diamètre intérieur de l'anneau central 35. Les matériaux des anneaux de dilatation 36 et central 35 sont choisis de telle sorte que, dans les conditions de haute température, par exemple à 100 C, la forme de contact entre le coussinet 31 et les anneaux de dilatation 36 et l'anneau central 35 soit située sur la ligne L", et le coussinet 31 ait une forme intérieure cylindrique comme représentée par la ligne L' en traits mixtes. 2861821 9 REVENDICATIONS 1. Palier hydrodynamique comportant: - un support (10), - un arbre (12) monté rotatif dans le support (10), un coussinet (11) interposé entre l'arbre (12) et 5 le support (10), un jeu de fonctionnement (13) étant prévu entre l'arbre (12) et le coussinet {11) pour que, quand l'arbre (12) tourne par rapport au coussinet (11), un film de lubrifiant soit contenu dans le jeu de fonctionnement (13), caractérisé en ce que le coussinet (11) comporte, dans de premières conditions de fonctionnement, une protubérance (14) circulaire située dans un plan radial de proéminence (M) et s'étendant pour réduire le jeu de fonctionnement (13) dans ledit plan radial de proéminence (M), la protubérance (14) étant réduite ou supprimée dans de deuxièmes conditions de fonctionnement. 2. Palier hydrodynamique selon la revendication 1, dans lequel le plan radial de proéminence est un plan médian (M) du coussinet (11). 3. Palier hydrodynamique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premières conditions de fonctionnement sont des conditions de faibles charges radiales appliquées entre l'arbre (12) et le support (10), les deuxièmes conditions étant des conditions de fortes charges radiales. 2861821 10 4. Palier hydrodynamique selon la revendication 3, dans lequel le coussinet (11) comporte un évidement (15) entre le support (10) et le coussinet (11) dans le plan radial de proéminence (M) pour que le coussinet se déforme élastiquement et que la protubérance (14) s'efface lorsque le palier (10) est soumis à une forte charge radiale. 5. Palier hydrodynamique selon la revendication 4, dans lequel le support (20) comporte en outre une rainure circonférentielle (25) au niveau du plan radial de proéminence (M), un élément élastique (26) étant inséré dans la rainure (25) pour agir sur le coussinet (11) et tendre à maintenir la protubérance (24). 6. Palier hydrodynamique selon la revendication 5, dans lequel l'élément élastique est un joint torique (26). 7. Palier hydrodynamique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premières conditions de fonctionnement sont des conditions de température ambiante, les deuxièmes conditions étant des conditions de haute température. 8. Palier hydrodynamique selon la revendication 7, dans lequel le support (30) comporte deux anneaux de dilatation (36) de part et d'autre d'un anneau central (35), le coussinet (31) étant monté ajusté dans les anneaux (35, 36), le diamètre intérieur des anneaux de dilatation {36) étant supérieur au diamètre intérieur de l'anneau central (35) dans les conditions de température ambiante, les matériaux des anneaux de dilatation (36) et central (35) étant choisis de telle sorte que, dans les conditions de haute température, la différence entre les diamètres intérieurs des anneaux (35, 36) soit réduite ou annulée.