Brevet FR2868163A1 — publié le 20050930

Banc d'essai de paliers hydrodynamiques. L'invention concerne un banc d'essai de paliers hydrodynamiques. Un moteur à combustion interne comporte de nombreux paliers hydrodynamiques, par exemple pour le montage en rotation du vilebrequin sur un bloc moteur, de la bielle sur le maneton ou du piston sur la bielle. Ce type de palier est caractérisé par la présence, lors du fonctionnement, d'un film de lubrifiant interposé entre un tourillon et un logement, généralement équipé d'un coussinet. On trouve également des paliers de ce type dans d'autres mécanismes. Pour évaluer la résistance des éléments d'un palier, il est possible d'effectuer le montage de l'organe à tester dans un moteur, et de faire fonctionner le moteur sur un banc d'essai. Cependant, même si ce type d'essais représente les conditions réelles d'utilisation des organes, il est assez coûteux à mettre en oeuvre, en particulier par les opérations de montage nécessaires. Par ailleurs, de nombreuses pièces du moteur sont susceptibles de défaillir, ce qui perturberait l'essai en cours. De plus, il n'est pas toujours aisé de contrôler toutes les conditions de fonctionnement. On connaît un banc d'essai dans lequel un palier est reconstitué avec un tourillon, un coussinet et un logement. Selon le montage, le tourillon ou le logement est entraîné en rotation. Un vérin hydraulique permet de soumettre le palier à une charge pendant la rotation. La charge peut être cyclique afin de mieux simuler les conditions réelles auxquelles le palier est destiné à être soumis. Cependant, ce type de montage ne permet pas de simuler tout type de chargement, et donc ne reproduit pas suffisamment fidèlement le fonctionnement réel des paliers. En particulier, dans le cas des paliers d'embiellage, les efforts apparaissent dans plusieurs directions. De plus, dans un montage réel, les pièces subissent de petites déformations qui influent sur le comportement des paliers et qui ne sont pas reproduites sur ce banc d'essais. C'est donc un objectif de l'invention de proposer un banc d'essai de paliers d'un embiellage de moteur reproduisant des conditions de chargement proche des conditions réelles. Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un banc d'essai d'un échantillon comportant au moins un palier, le banc comportant un système d'entraînement en rotation d'un premier élément de l'échantillon, un système de chargement agissant sur un deuxième élément de l'échantillon. Selon l'invention, l'échantillon est un embiellage dont le premier élément est un vilebrequin, le deuxième élément est une bielle, le vilebrequin étant monté rotatif par au moins deux paliers sur une pièce de montage fixée sur le banc, un pied de la bielle étant monté rotatif sur un maneton du vilebrequin par l'intermédiaire d'un palier de maneton, une tête de bielle étant montée pivotante sur une chape du système de chargement. Ainsi, il est possible de réaliser l'essai d'un embiellage dans des conditions de montage proches de la réalité du fonctionnement dans un moteur, sans avoir les risques ou inconvénients liés au fonctionnement directement dans un moteur. De préférence, le système de chargement comporte un dispositif élastique agissant sur la chape pour exercer une force de rappel élastique. Le dispositif élastique est un moyen simple d'exercer un chargement sur l'embiellage. On constate que les conditions de charges en fonctionnement sur le banc d'essai sont suffisamment proches de celles rencontrées dans une situation réelle dues à la pression de combustion dans une chambre de combustion pour qu'elles soient représentatives. Dans un premier mode de réalisation, la chape est montée coulissante selon un axe de coulissement, un ressort à lames s'étendant perpendiculairement à l'axe de coulissement pour exercer la force de rappel élastique sur la chape. La chape simule avantageusement le piston d'un moteur. De manière avantageuse, le ressort à lames comporte deux appuis dont l'écartement relatif est réglable. On ajuste ainsi facilement la raideur du ressort. Selon un perfectionnement, la position des appuis est en outre réglable selon l'axe de coulissement. On ajuste ainsi la plage d'efforts auxquels le coulisseau est soumis. Dans un deuxième mode de réalisation, le dispositif élastique comporte un coulisseau monté en translation selon un axe de coulissement, et au moins un ressort de compression agissant sur le coulisseau et dont l'axe est parallèle à l'axe de coulissement. De manière particulière, les ressorts sont amovibles pour pouvoir ajuster la force de rappel élastique en ajustant le nombre de ressorts. Dans un troisième mode de réalisation, le dispositif élastique comporte un bras dont une extrémité est montée pivotante, l'autre extrémité portant la chape. Avec une longueur de bras adaptée, on obtient quasiment une translation de la chape. Dans cette configuration, le système de chargement comporte par exemple une barre de torsion agissant sur le bras. De manière commune à tous les modes de réalisation, le vilebrequin est monté sur la pièce de montage par trois paliers consécutifs dont deux sont de part et d'autre du maneton. On reproduit ainsi de manière suffisamment réaliste les contraintes sur le vilebrequin. Avec seulement deux paliers, la déformation du vilebrequin nuit à la représentativité de l'essai, tandis qu'avec plus de paliers, les efforts d'entraînement seraient augmentés. De manière avantageuse, la tête de bielle est reliée à la chape par l'intermédiaire d'un palier de piston à tester. On est donc en mesure d'évaluer également avec le banc d'essai les performances du palier de piston. Le banc d'essai peut également comporter deux arbres d'équilibrages montés rotatifs parallèlement au vilebrequin, des moyens de synchronisation permettant d'entraîner l'un des arbres d'équilibrage à la même vitesse de rotation et dans le même sens que le vilebrequin, et l'autre arbre d'équilibrage à la même vitesse de rotation que le vilebrequin et dans le sens opposé. De manière particulière, la pièce de montage est amovible par rapport à un bâti du banc d'essai. On peut ainsi prévoir différentes pièces de montage pour le même banc, chaque pièce de montage étant adaptée à un type de vilebrequin. Selon un perfectionnement, la pièce de montage comporte un circuit de lubrification pour alimenter les paliers en lubrifiant. 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 perspective de la partie supérieure d'un banc d'essais conforme à l'invention; la figure 2 est une vue de face de la partie inférieure du premier mode de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue en perspective de la partie inférieure d'un deuxième mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue latérale d'un troisième mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est une vue en perspective du banc de la figure 4. La partie supérieure 1 d'un banc d'essais, montrée sur la figure 1, est commune à tous les modes de réalisation qui vont être décrits ci-après. Le banc d'essais est destiné à tester un embiellage comportant un vilebrequin 2 et une bielle 3. Il comporte un bâti 10 sur lequel est rapportée une pièce de montage 11 dans laquelle le vilebrequin 2 est monté rotatif autour d'un axe de vilebrequin V. La pièce de montage 11 est par exemple fixée de manière rigide sur le bâti, par exemple par des vis. Le vilebrequin 2 comporte de manière classique cinq tourillons 20 coaxiaux entre lesquels sont disposés quatre manetons 21. Une bielle est montée de manière classique sur un premier maneton 21, un pied 30 de la bielle entourant le maneton 21. La pièce de montage 11 comporte trois cavités 110 séparées par quatre parois 111. Les cavités 110 sont prévues pour le passage de trois des quatre manetons 21, tandis que les parois 111 comportent des logements demi-cylindriques. Trois premières parois 111 reçoivent trois chapeaux de palier 112 pour former des paliers avec les chapeaux 112 et avec les tourillons 20. Les chapeaux de palier 112 peuvent être des pièces de série conçues pour être montées sur un moteur. La pièce de montage 11 comporte également un circuit de lubrification 114 pour alimenter les paliers en lubrifiant. Le banc d'essais comporte également des moyens d'entraînement du vilebrequin 2 en rotation, non représentés, et connectés à une extrémité de ce dernier. Le bâti 10 comporte en outre deux arbres d'équilibrage 12 montés rotatifs selon des axes parallèles à l'axe de vilebrequin V. Ils sont entraînés de manière synchrone avec le vilebrequin, l'un des deux arbres d'équilibrage 12 tournant en sens inverse de celui du vilebrequin. Pour cela, le vilebrequin comporte par exemple une première poulie crantée 13 fixée sur une extrémité du vilebrequin. Les arbres d'équilibrage 12 comportent respectivement une deuxième 14 et une troisième poulie 15 crantée dans le même plan que la première poulie 13. Une poulie de renvoi 16 est montée librement rotative sur le bâti 10 au-delà de la troisième poulie crantée 15. Une courroie 17 crantée sur ses deux faces s'enroule partiellement autour de la poulie de renvoi 16, de la première 13 et de la deuxième poulie 14 par sa face interne, et autour de la troisième poulie 15 par sa face externe. Un galet tendeur 18 permet de mettre la courroie 17 en tension. Selon un premier mode de réalisation, montré sur la figure 2, le bâti 10 comporte en partie inférieure un système de chargement comprenant une chape 102 montée coulissante dans une rainure 103 s'étendant selon un axe de coulissement A, sensiblement vertical. Un tourillon de bielle 101 traverse la chape 102 et l'oeil d'une tête 31 de la bielle. Une traverse 106, liée au bâti, porte deux appuis 105 de manière symétrique par rapport à l'axe de coulissement A. Un ressort à lames 104 s'étend perpendiculairement à l'axe de coulissement A, en étant en contact avec les appuis 105 et portant la chape 102. Les appuis 105 sont montés pour être réglables en distance par rapport à l'axe de coulissement A, selon les flèches F1 ou F2. Par ailleurs, la traverse 106 est réglable en hauteur selon la direction de l'axe de coulissement, en direction des flèches F3 ou F4. Lorsque le vilebrequin est entraîné en rotation, la tête 31 de la bielle met en mouvement de translation alternatif la chape 102, ce qui fait fléchir le ressort à lames 104 jusque dans la position dessinée en traits tiretés. Ainsi, l'embiellage formé par le vilebrequin 2 et la bielle 3 est soumis à des efforts dans le sens de la flèche F3. Le réglage de la distance entre les appuis 105 permet de modifier la raideur du ressort à lames 104. De même, le réglage de la position en hauteur de la traverse 106 permet de décaler la plage d'efforts opposés par le ressort à lames 104 à l'embiellage. Dans un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 3, le système de chargement comprend une chape 202 fixée sur coulisseau ayant la forme d'un plateau mobile 203 monté coulissant sur trois colonnes 204 de guidage selon l'axe de coulissement A. Trois bagues 211 épaulées fixées sur le plateau mobile 203 sont interposées entre le plateau mobile 203 et les colonnes 204. Les colonnes 204 sont fixées sur un plateau de support 205 monté coulissant également selon l'axe de coulissement A par rapport à un cylindre de guidage 207 du bâti 10. Des ressorts hélicoïdaux 208 sont montés soit autour des colonnes 204, soit entre des paires formées d'un guide inférieur 209 fixé sur le plateau de support et d'un guide supérieur 210 fixé sous le plateau mobile 203. La position du plateau de support 205 est réglable, par des moyens non représentés, dans la direction de l'axe de coulissement A, selon les flèches F5 ou F6 jusqu'à la position représentée en traits tiretés. Lorsque le vilebrequin 2 est entraîné en rotation, la tête 31 de la bielle met en mouvement de translation alternatif la chape 202, ce qui met en mouvement alternatif le plateau mobile 203 selon la direction de coulissement. Dans ce mouvement, les ressorts hélicoïdaux 208 sont comprimés. Ainsi, l'embiellage est soumis à des efforts dans le sens de la flèche F5. L'ajustement du nombre de ressorts hélicoïdaux 208 ainsi que de leurs caractéristiques permet de modifier la raideur de l'effort opposé à l'embiellage. De même, le réglage de la position en hauteur du plateau de support 205 permet de décaler la plage d'efforts opposés à l'embiellage. Les figures 4 et 5 montrent un troisième mode de réalisation dans lequel les moyens de chargement comporte un bras 301 articulé autour d'un axe de torsion T. Le bras comporte à une extrémité une chape 302 dans laquelle la tête de bielle est montée pivotante. Le bras 301 est fixé sur une barre de torsion 303 pour que le bras pivote autour de l'axe T en opposant une force élastique à un mouvement alternatif de la bielle dans le sens des flèches F7 ou F8. L'autre extrémité de la barre de torsion 303 est fixée dans le bâti 10. REVENDICATIONS 1. Banc d'essai d'un échantillon comportant au moins un palier, le banc comportant un système d'entraînement en rotation d'un premier élément de l'échantillon (2), un système de chargement agissant sur un deuxième élément de l'échantillon (3), caractérisé en ce que l'échantillon est un embiellage dont le premier élément est un vilebrequin (2), le deuxième élément est une bielle (3), le vilebrequin étant monté rotatif par au moins deux paliers sur une pièce de montage (11) fixée sur le banc (10), un pied (30) de la bielle étant monté rotatif sur un maneton (21) du vilebrequin (2) par l'intermédiaire d'un palier de maneton, une tête de bielle (31) étant montée pivotante sur une chape (102) du système de chargement. 2. Banc d'essai selon la revendication 1, dans lequel le système de chargement comporte un dispositif élastique (104) agissant sur la chape (102) pour exercer une force de rappel élastique. 3. Banc d'essai selon la revendication 2, dans lequel la chape (102) est montée coulissante selon un axe de coulissement (A), un ressort à lames (104) s'étendant perpendiculairement à l'axe de coulissement pour exercer la force de rappel élastique sur la chape (102). 4. Banc d'essai selon la revendication 3, dans lequel le ressort à lames (104) comporte deux appuis (105) dont l'écartement relatif est réglable. 5. Banc d'essai selon la revendication 4, dans lequel la position des appuis (105) est en outre réglable selon l'axe de coulissement (A). 6. Banc d'essai selon la revendication 2, dans lequel le dispositif élastique comporte un coulisseau (203) monté en translation selon un axe de coulissement (A), et au moins un ressort de compression (208) agissant sur le coulisseau (203) et dont l'axe est parallèle à l'axe de coulissement (A). 7. Banc d'essai selon la revendication 6, dans lequel les ressorts (208) sont amovibles pour pouvoir ajuster la force de rappel élastique en ajustant le nombre de ressorts (208). 8. Banc d'essai selon la revendication 2, dans lequel le dispositif élastique comporte un bras (301) dont une extrémité est montée pivotante, l'autre extrémité portant la chape (302). 9. Banc d'essai selon la revendication 8, dans lequel le système de chargement comporte une barre de torsion (303) agissant sur le bras (301). 10. Banc d'essai selon la revendication 1, dans lequel le vilebrequin (2) est monté sur la pièce de montage (11) par trois paliers consécutifs dont deux sont de part et d'autre du maneton. 11. Banc d'essai selon la revendication 1, dans lequel la tête de bielle (31) est reliée à la chape par l'intermédiaire d'un palier de piston à tester. 12. Banc d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux arbres d'équilibrages (12) montés rotatifs parallèlement au vilebrequin (2), des moyens de synchronisation (13, 14, 15, 16, 17, 18) permettant d'entraîner l'un des arbres d'équilibrage (12) à la même vitesse de rotation et dans le même sens que le vilebrequin (2), et l'autre arbre d'équilibrage (12) à la même vitesse de rotation que le vilebrequin (2) et dans le sens opposé. 13. Banc d'essai selon la revendication 1, dans lequel la pièce de montage (11) est amovible par rapport à un bâti (10) du banc d'essai (1). 14. Banc d'essai selon la revendication 1, dans lequel la pièce de montage comporte un circuit de lubrification (114) pour alimenter les paliers en lubrifiant.