Brevet FR2872872A1 — publié le 20060113

Bielle de moteur à combustion interne de véhicule automobile La présente invention concerne une bielle de moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement une bielle de moteur à combustion interne de véhicule automobile, du type comportant une tête de bielle destinée à assurer la liaison entre la bielle et un maneton de vilebrequin, un corps de bielle reliant la tête de bielle à un pied de bielle destiné à assurer la liaison entre io la bielle et un piston, du type dans laquelle chacune des faces latérales externes du corps de bielle définit respectivement avec une face cylindrique convexe externe du pied de bielle une première zone de raccordement du corps avec le pied et avec une face cylindrique concave externe de la tête de bielle une deuxième zone de raccordement du corps avec la tête. On connaît de nombreux exemples de bielles de ce type, en particulier pour moteur à combustion interne dont chacune constitue un dispositif de transformation du mouvement de translation du piston en un mouvement de rotation du vilebrequin. La bielle est une des pièces très sollicitées du moteur, ces sollicitations provoquent des contraintes mécaniques importantes et de nombreux problèmes de tenue en fatigue. La tête de bielle subit en fonctionnement des telles contraintes mécaniques, en particulier des efforts radiaux exercés par le vilebrequin sur la surface cylindrique interne du chapeau et, de la même manière, le pied de bielle subit des contraintes mécaniques exercées par le piston. Les efforts peuvent de plus être cycliques et non symétriques. On a pu déterminer que les contraintes mécaniques sont notamment plus particulièrement élevées dans les zones de raccordement du corps de bielle avec respectivement la tête de bielle et le pied de bielle, ainsi que, dans le pied, dans la zone adjacente au perçage de lubrification. Afin de résoudre ces problèmes, on connaît principalement deux solutions qui consistent d'une part à changer la ou les matières utilisées pour réaliser la pièce au profit d'autres matières ou alliages présentant de meilleures propriétés de tenue en fatigue et, d'autre part, à augmenter localement les sections dans les zones particulièrement sollicitées par les contraintes mécaniques. Ces solutions ne sont néanmoins pas satisfaisantes, notamment pour des raisons de coût. Dans le cas de la première solution, la mise en oeuvre d'alliages provoque une augmentation importante du coût de réalisation de la bielle et nécessite parfois une modification totale des moyens de production existants. La deuxième solution conduit à augmenter les coûts de fabrication de la bielle en augmentant la section, ainsi que le poids et son encombrement général. Dans le cas d'une utilisation dans un moteur à combustion interne, les recherches actuelles menées par les constructeurs automobiles tendent toutes inversement à une réduction du poids et à une plus grande compacité des moteurs. L'invention vise donc à remédier aux inconvénients susnommés et notamment à améliorer d'une manière générale la fiabilité et la tenue à la fatigue d'une telle bielle. Dans ce but l'invention propose une bielle du type décrite précédemment, caractérisée en ce que la bielle comporte, dans au moins l'une des faces cylindriques concave externe de la tête et convexe externe du pied et/ou dans au moins l'une des faces latérales externes du corps de bielle, au moins un entaille de décharge des contraintes mécaniques qui s'exercent dans une zone déterminée adjacente à l'entaille de décharge. De préférence, la position et la forme de l'entaille de décharge sont déterminées par calcul en fonction des applications et des moteurs, ainsi que des contraintes maximales s'exerçant dans la bielle. Grâce aux entailles de décharge selon l'invention, on diminue sensiblement le niveau des contraintes s'exerçant dans les zones de fortes contraintes telles que les zones de raccordement du corps avec la tête et le pied ou encore, dans le pied, la zone annulaire périphérique entourant le trou d'extrémité du perçage de lubrification. De plus, on notera que la réalisation de telles entailles de décharge dans les zones de fortes contraintes va à l'encontre des enseignements de l'état de la technique décrits précédemment io selon lesquels, pour améliorer la tenue en fatigue, il est nécessaire pour un même matériau d'augmenter la section dans les zones sollicitées et non d'ôter de la matière. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - au moins l'une des faces latérales externes du corps de bielle comporte au moins une entaille de décharge des contraintes mécaniques qui s'exercent dans la première et/ou la deuxième zone de raccordement du corps de bielle; - l'entaille de décharge est globalement de forme rectiligne; - l'entaille de décharge comporte au moins un arc de courbe, tel qu'au moins un tronçon d'arc de cercle ou d'ellipse; - l'entaille de décharge est discontinue; l'entaille de décharge est venue de matière par moulage ou par forgeage avec la bielle; - l'entaille de décharge est obtenue par usinage de la face cylindrique convexe externe du pied ou de la tête de bielle ou d'une des faces latérales externes du corps; - la génératrice de l'entaille de décharge est globalement en arc de cercle; - la bielle est du type dans laquelle le pied de bielle comporte au moins un perçage de lubrification qui débouche dans un alésage interne de pied et dans la face cylindrique convexe externe, la face cylindrique convexe externe du pied de bielle comportant au moins un entaille de décharge des contraintes mécaniques qui s'exercent dans une zone annulaire périphérique entourant le trou d'extrémité du perçage de lubrification; - la concavité de l'entaille de décharge en arc de courbe est orientée vers le trou d'extrémité du perçage de lubrification. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face d'une bielle avec lo arrachements multiples des parties de la bielle comportant, conformément à l'invention, des entailles de décharge des contraintes mécaniques, dans cet exemple de réalisation une première entaille dans la face cylindrique convexe externe du pied, une deuxième entaille dans chaque face latérale externe du corps de bielle dans les première et deuxième zone de raccordement; - la figure 2 est une vue partielle en perspective du pied et du corps de la bielle selon la figure 1 qui représente la première entaille annulaire de décharge autour du trou d'extrémité du perçage de lubrification et la deuxième entaille de forme rectiligne dans la première zone de raccordement du corps avec le pied; la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 2, qui illustre une variante de réalisation de l'entaille de décharge des contraintes mécaniques autour du trou d'extrémité du perçage de lubrification comportant deux arcs de courbe dont la concavité est orientée vers le trou. Dans la description qui va suivre, des chiffres de références identiques, ou analogues, désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Par convention, on utilisera à titre non limitatif les termes "inférieur" ou "supérieur" et les directions "verticale" ou "transversale" pour désigner respectivement des éléments selon les définitions données dans la description et selon le trièdre (L, V, T) représenté sur la figure 1. On a représenté à la figure 1, une bielle 10, plus particulièrement une bielle de moteur à combustion interne de véhicule automobile. La bielle 10 comporte, axialement de bas en haut, s principalement une tête inférieure de bielle 12, un corps intermédiaire de bielle 14 et un pied supérieur de bielle 16. La tête de bielle 12 est destinée à assurer la liaison entre la bielle 10 et un maneton de vilebrequin (non représenté) et le corps de bielle 14 relie la tête de bielle 12 à au pied de bielle 16 io qui est destiné à assurer la liaison entre la bielle 10 et un piston (non représenté). La tête de bielle 12 est ici réalisée en deux parties distinctes un chapeau inférieur 18 qui est rapporté à fixation par l'intermédiaire d'organes de serrage 20, tels que des vis, sur une âme supérieure 22 qui est solidaire de la partie inférieure du corps 14. La tête de bielle 12 comporte un alésage cylindrique interne 24, dit alésage de tête, constitué respectivement par une première surface semicylindrique 26 ouverte verticalement vers le haut que comporte la face supérieure 28 du chapeau inférieur 18 et par une seconde surface semicylindrique 30 ouverte verticalement vers le bas que comporte la face inférieure 32 de l'âme supérieure 22. Avantageusement, les première et seconde surface semi- cylindrique 26, 30 constituant l'alésage de tête 24 appartiennent chacune à un coussinet 34 anti-friction qui est destiné à être interposé radialement entre la surface cylindrique externe du maneton de vilebrequin et les faces supérieure 28 du chapeau 18 et inférieure 32 de l'âme 22. Les coussinets 34 sont de préférence réalisés dans des matériaux ou des alliages à faible coefficient de frottement. L'âme supérieure 22 du chapeau 12 comporte, outre sa face inférieure 32, deux faces latérales transversales 36 s'étendant globalement verticalement qui se prolongent chacune verticalement vers le haut par une face cylindrique concave externe 38. Le corps intermédiaire 14 comporte deux faces latérales transversales externes 40 s'étendant globalement verticalement. s Chaque face latérale transversale 40 du corps 14 définit avec la face cylindrique concave externe 38 de la tête de bielle 12 une zone de raccordement 42, dite deuxième zone de raccordement, du corps 14 avec la tête 12. Le pied de bielle 16 comporte un alésage cylindrique 10 interne 44, dit alésage de pied, et une face cylindrique convexe externe 46. Le pied de bielle 16 comporte ici un perçage 48 de lubrification qui débouche respectivement dans un alésage interne de pied 44 et dans la face cylindrique convexe externe 46 par un 15 trou d'extrémité 50. Chaque face latérale transversale 40 du corps 14 définit avec la face cylindrique convexe externe 46 du pied de bielle 16 une zone de raccordement, dite première zone de raccordement, du corps 14 avec le pied 16. Conformément à l'invention, la bielle 10 comporte au moins un entaille de décharge des contraintes mécaniques qui s'exercent dans une zone déterminée adjacente à l'entaille de décharge. Plus précisément et comme on peut le voir sur l'exemple de réalisation des figures 1 et 2, la bielle 10 comporte ici une première entaille de décharge 54 dans la face cylindrique concave externe 46 de la tête 16 et une deuxième 56 et troisième 58 entailles de décharge respectivement dans la première 52 et deuxième 42 zone de raccordement du corps 14 avec le pied 16 et la tête 12. La première entaille 54 réalisée dans la face cylindrique concave externe 46 de la tête 16 est destinée à améliorer la répartition des contraintes mécaniques qui s'exercent dans une zone annulaire périphérique 60 entourant le trou 50 d'extrémité du perçage de lubrification 48. Selon l'exemple de réalisation illustré aux figures 1 et 2, la première entaille de décharge 54 est annulaire autour du trou 50 5 d'extrémité du perçage 48 de lubrification. Plus précisément, la première entaille de décharge 54 est ici globalement circulaire et centrée sur l'axe du perçage 48 de lubrification. La figure 3 illustre une variante de réalisation de la io première entaille de décharge 54 qui est discontinue et comporte deux arcs de courbe 62 dont la concavité est orientée vers le trou 50 d'extrémité du perçage 48 de lubrification. Les arcs de courbe 62 formant la première entaille 54 sont de préférence réalisés sous la forme d'un tronçon d'arc de cercle 15 ou d'ellipse. La deuxième entaille de décharge 56 est réalisée dans chaque partie supérieure de la face latérale transversale 40 du corps de bielle 14 pour décharger les contraintes mécaniques qui s'exercent dans la première zone de raccordement 52 du corps de bielle 14 avec le pied de bielle 16. De préférence, les arcs de courbe 62 sont positionnés axialement au dessus et au dessous du trou 50 de manière que l'entaille de décharge 54 comporte respectivement un arc supérieur et un arc inférieur. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, la deuxième entaille de décharge 56 est ici globalement de forme rectiligne et s'étend de préférence suivant la direction longitudinale. De la même manière, la troisième entaille de décharge 58 est réalisée dans chaque partie inférieure de la face latérale transversale externe 40 du corps de bielle 14 pour décharger les contraintes mécaniques qui s'exercent dans la deuxième zone de raccordement 42 du corps de bielle 14 avec l'âme 22 de la tête de bielle 12. De préférence, les entailles de décharge 54, 56 et 58 sont obtenues par usinage respectivement de la face cylindrique convexe externe 46 du pied 16, de la face latérale transversale externe 40 du corps 14 ou de la face cylindrique concave externe 38 la tête de bielle 12. La génératrice pour l'usinage de l'entaille de décharge 54, 56 et 58 est alors avantageusement globalement en arc de cercle de manière à présenter en section par un plan de coupe un profil de type circulaire. io En variante, la génératrice de l'entaille de décharge 54, 56 et 58 est rectiligne. En variante, les entailles de décharge 54, 56 et 58 sont venues de matière par moulage ou par forgeage avec la bielle 10. Avantageusement, chaque entaille de décharge 54, 56 et 58 des contraintes est traitée de manière physico-chimique, de manière à renforcer la tenue à la fatigue de la bielle 10. REVENDICATIONS 1. Bielle (10) de moteur à combustion interne de véhicule automobile, comportant une tête de bielle (12) destinée à assurer la liaison entre la bielle (10) et un maneton de vilebrequin, un corps de bielle (14) reliant la tête de bielle (12) à un pied de bielle (16) destiné à assurer la liaison entre la bielle (10) et un piston, chacune des faces latérales externes (40) du corps de bielle (14) définit respectivement avec une face cylindrique convexe externe (46) du pied de bielle (16) une première zone de i0 raccordement (52) du corps (14) avec le pied (16) et avec une face cylindrique concave externe (38) de la tête de bielle (12) une deuxième zone de raccordement (42) du corps (14) avec la tête (12), caractérisée en ce que la bielle (10) comporte, dans au moins l'une des faces cylindriques concave externe (38) de la tête (12) et convexe externe (46) du pied (16) et/ou dans au moins l'une des faces latérales externes (40) du corps de bielle (14), au moins une entaille de décharge (54, 56, 58) des contraintes mécaniques qui s'exercent dans une zone déterminée (60, 52, 42) adjacente à l'entaille de décharge (54, 56, 58). 2. Bielle (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins l'une des faces latérales externes (40) du corps de bielle (14) comporte au moins une entaille de décharge (56, 58) des contraintes mécaniques qui s'exercent dans la première (52) et/ou la deuxième (42) zone de raccordement du corps de bielle (14). 3. Bielle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'entaille de décharge (54, 56, 58) est globalement de forme rectiligne. 4. Bielle (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'entaille de décharge (54, 56, 58) comporte au moins un arc de courbe (62), tel qu'au moins un tronçon d'arc de cercle ou d'ellipse. i0 5. Bielle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'entaille de décharge (54, 56, 58) est discontinue. 6. Bielle (10) selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes, caractérisée en ce que l'entaille de décharge (54, 56, 58) est venue de matière par moulage ou par forgeage avec la bielle. 7. Bielle (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'entaille de décharge (54, 56, 58) est io obtenue par usinage, notamment de la face cylindrique convexe externe (46) du pied (16) ou de la face cylindrique concave externe (38) de tête de bielle (12) ou d'une des faces latérales externes (40) du corps (14). 8. Bielle (10) selon la revendication 7, caractérisée en ce 15 que la génératrice de l'entaille de décharge (54, 56, 58) est globalement en arc de cercle. 9. Bielle (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, du type dans laquelle le pied de bielle (16) comporte au moins un perçage (48) de lubrification qui débouche dans un alésage interne de pied (44) et dans la face cylindrique convexe externe (46), caractérisée en ce que la face cylindrique convexe externe (46) du pied de bielle (16) comporte au moins un entaille de décharge (54) des contraintes mécaniques qui s'exercent dans une zone annulaire périphérique (60) entourant le trou (50) d'extrémité du perçage (48) de lubrification. 10. Bielle (10) selon la revendication 8 prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisée en ce que la concavité de l'entaille de décharge (54) en arc de courbe (62) est orientée vers le trou (50) d'extrémité du perçage (48) de lubrification.