Brevet FR2896286A1 — publié le 20070720

ROULEMENT POUR BIELLE DE VILEBREQUIN ET/OU CARTER DE MOTEUR A EXPLOSION, BIELLE, CARTER ET/OU VILEBREQUIN COMPORTANT CE ROULEMENT, Domaine technique : La présente invention concerne un roulement pour bielle de vilebrequin et/ou carter de moteur à explosion, comportant au moins une bague définissant un chemin de roulement et une pluralité d'organes roulants disposés dans ce chemin de roulement. L'invention concerne également une bielle comportant une tête de bielle pourvue d'un chapeau, un pied de bielle et un corps reliant la tête et le pied, un carter de moteur à explosion pourvu de paliers aptes à recevoir les portées d'un vilebrequin ainsi qu'un vilebrequin pour moteur à explosion comportant des manetons aptes à recevoir les têtes de bielle liées en rotation par ledit roulement et/ou des portées liées en rotation audit carter par ledit roulement. Technique antérieure : Dans le cas des moteurs à explosion, la transformation du mouvement alternatif des pistons du moteur en un mouvement rotatif continu des roues motrices d'un véhicule est assurée par le vilebrequin à qui les bielles transmettent le mouvement des pistons. Les bielles comportent de manière connue une tête reliée au vilebrequin, un pied relié à l'axe du piston, un corps qui relie la tête et le pied ainsi que des coussinets ou des roulements situés dans la tête et le pied pour réduire les frottements et faciliter la rotation. Il existe des bielles monoblocs qui nécessitent l'utilisation d'un vilebrequin démontable. Il existe aussi des bielles assemblées, dont la tête comporte un chapeau maintenu par des vis ou des boulons, qui permettent l'utilisation d'un vilebrequin monobloc et facilitent les interventions sur les pièces en mouvement. La composition, la longueur et la forme d'une bielle dépendent des contraintes qu'elle 2 doit endurer. Le pied lié au piston subit de très fortes températures alors que la tête liée au vilebrequin est automatiquement lubrifiée et refroidie par le bain d'huile contenu dans le carter. La différence de taille entre la tête et le pied est due principalement aux contraintes et aux frottements qui sont beaucoup plus présents au niveau de la liaison bielle/maneton du vilebrequin qu'au niveau de la liaison bielle/axe du piston. Il est par ailleurs important d'autoriser un très léger jeu axial au niveau de ces liaisons pour compenser notamment les dispersions de cotes entre les manetons, de même qu'au niveau des portées entre le vilebrequin et le carter du moteur. La liaison rotative la plus répandue consiste à utiliser deux demi-coussinets logés dans la tête d'une bielle assemblée, réalisés dans des matériaux à faible coefficient de frottement. Le pied de bielle monobloc est lié au piston par un axe pressé directement dans son alésage ou par l'intermédiaire d'une bague. Cette technique nécessite néanmoins une lubrification optimale et sous haute pression du coussinet et de l'axe pressé ou de la bague, au moyen de canalisations forées à l'intérieur du vilebrequin, et reste une liaison à friction générant des échauffements et des pertes de puissance. Par ailleurs, il est connu d'utiliser des roulements à rouleaux ou à aiguilles qui ont l'avantage de réduire les frottements et d'avoir un besoin réduit en lubrification. Par contre, ils ne peuvent être montés que sur des bielles monoblocs, ce qui impose l'utilisation d'un vilebrequin démontable. Cette technique très coûteuse est donc rarement utilisée. De plus, un vilebrequin démontable est moins rigide et a un alignement moins précis qu'un vilebrequin monobloc. Pour contrer cet inconvénient, certaines solutions ont été développées dans lesquelles les roulements ne comportent ni bague intérieure, ni bague extérieure, les rouleaux ou les aiguilles étant maintenus dans une cage. Ce type de roulements est 3 monté directement entre la tête et le chapeau d'une bielle assemblée et le maneton d'un vilebrequin monobloc, dont les portées respectives forment les chemins de roulement des rouleaux ou des aiguilles, comme décrit dans les publications DE-29.08.782 et US-4,773,367. Ce type de montage impose un usinage des portées du vilebrequin et de la tête de bielle avec des tolérances très précises. Il présente en plus un inconvénient majeur lié à la fragilité de la cage, qui risque de se déformer et de casser sous l'effet des fortes contraintes encaissées par la liaison bielle/vilebrequin, d'où des risques élevés de serrage de la bielle entraînant la détérioration du moteur. Exposé de l'invention : La présente invention vise à proposer une nouvelle solution de roulement permettant l'utilisation de bielles assemblées et de vilebrequins monoblocs, assurant une grande fiabilité de fortctionnement, même sous fortes contraintes, sans risque de casse, facilitant également le montage et autorisant un rattrapage de jeu axial. Dans ce but, l'invention concerne un roulement du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que la bague est une bague extérieure formée d'au moins deux parties assemblées en des zones de jonction radiales et définit un profil polygonal destiné à être monté dans un logement complémentaire prévu dans la bielle et/ou le carter, de sorte que la bague extérieure est liée en rotation à la bielle et/ou au carter, et en ce que les organes roulants sont montés directement de manière jointive dans le chemin de roulement. Ainsi, la bague du roulement est liée en rotation à la bielle par un profil non circulaire complémentaire, permettant de les lier en rotation par un montage non serré et d'autoriser un degré de liberté en translation axiale de l'une par rapport à l'autre en vue de rattraper les dispersions de cotes entre le vilebrequin et les pistons. 4 De plus, les organes roulants sont montés jointifs dans le chemin de roulement, ce qui permet de supprimer la cage utilisée dans les roulements traditionnels. Dans ce but également, l'invention concerne une bielle pour vilebrequin telle que définie en préambule, caractérisée en ce qu'au moins la tête de bielle et le chapeau délimitent entre eux un logement ayant un profil polygonal apte à recevoir la bague extérieure du roulement tel que défini ci-dessus, de sorte que la bague extérieure est liée en rotation à la bielle. Le pied de bielle peut également comporter un chapeau et être conçu pour recevoir un tel roulement. Dans l'un ou l'autre cas, la bague extérieure est avantageusement montée dans le logement avec une tolérance autorisant un degré de liberté en translation axiale de 15 l'un par rapport à l'autre. Dans ce but également, l'invention concerne un carter de moteur à explosion tel que défini en préambule, caractérisé en ce que chaque palier comporte un logement ayant un profil polygonal apte à recevoir la bague extérieure du roulement tel que défini ci- 20 dessus, de sorte que la bague extérieure est liée en rotation au carter. Dans ce but, l'invention concerne enfin un vilebrequin de moteur à explosion, caractérisé en ce qu'il comporte des roulements tels que définis ci-dessus disposés entre les têtes de bielle et ses manetons et/ou entre les paliers du carter du moteur et 25 ses portées. A cet effet, chaque maneton et/ou portée comporte avantageusement un chemin de roulement apte à recevoir les organes roulants du roulement montés de manière jointive. Description sommaire des dessins : La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue éclatée d'une bielle selon l'invention, la figure 2 est une vue éclatée de la bague extérieure du roulement selon l'invention, la figure 3 est une vue en perspective d'une bielle assemblée comportant la bague extérieure du roulement, et la figure 4 est une vue éclatée de la tête de bielle et du roulement selon l'invention en cours de montage sur un vilebrequin. Illustrations de l'invention et meilleure manière de la réaliser : 15 En référence aux figures, le roulement 10 selon l'invention est notamment destiné à une bielle 30 de vilebrequin 50 pour moteur à explosion pour assurer des liaisons rotatives sans friction entre bielle et piston, entre bielle et vilebrequin, mais aussi entre vilebrequin et carter. Ce roulement 10 n'est pas destiné exclusivement à cette 20 application et peut équiper toute pièce mobile en rotation par rapport à une autre. Ce roulement 10 comporte dans l'exemple illustré une bague extérieure 11 constituée de deux parties l la, 11b, à savoir des demi-cages, assemblées radialement et fixées entre elles par des moyens de fixation (non représentés) de préférence 25 démontables, tels que des vis, des boulons ou similaires, au travers d'alésages 12 et de trous filetés 13 correspondants. Ces deux parties 11 a, 11 b comportent, dans leurs zones de jonction radiales 14, des formes d'emboîtement complémentaires, telles qu'un téton 15 et un trou lisse 16 en correspondance permettant leur auto-centrage. Toute autre forme d'emboîtement complémentaire peut être utilisée. Dans cet 510 6 exemple, les zones de jonction radiales 14 comportent deux surfaces planes contenues dans le même plan passant par l'axe central de la bague extérieure 11. Ces zones de jonction radiales 14 peuvent comporter des surfaces inclinées, des surfaces planes avec épaulement(s) ou autres, formant simultanément les formes d'emboîtement complémentaires permettant leur auto-centrage. La surface intérieure de cette bague extérieure 11 comporte un chemin de roulement 17 apte à recevoir directement une pluralité d'organes roulants 20, montés jointifs l'un par rapport à l'autre. La section de ce chemin de roulement 17 a une forme complémentaire à celle des organes roulants 20. Dans l'exemple illustré, ces organes roulants 20 sont des billes et la section du chemin de roulement 17 est un arc de cercle s'étendant sur un secteur angulaire inférieur à 180 et dont les rebords 17' ont pour fonction le maintien axial des billes 20. Ces organes roulants 20 peuvent être également des rouleaux ou des aiguilles, le chemin de roulement 17 ayant dans ce cas une section semi-rectangulaire. Toutefois, les billes offrent le meilleur compromis entre résistance mécanique et rendement. La géométrie de cette bague extérieure 11 présente un profil polygonal 18 lui permettant d'être liée en rotation avec la bielle 30, sans nécessiter un montage serré. On choisit une tolérance de montage permettant de disposer d'un degré de liberté en translation axiale entre la bague extérieure 11 du roulement 10 et la bielle 30, ce qui permet de rattraper automatiquement les dispersions de cotes entre les entraxes des bielles et des manetons, mais aussi entre les entraxes des paliers du carter et des portées du vilebrequin. Ce profil polygonal 18 est par exemple hexagonal mais peut être cané, octogonal ou autre. De préférence, cette bague extérieure 11 est réalisée par usinage dans des matériaux métalliques très résistants et le chemin de roulement 17 est rectifié une fois les deux parties lla, 1 lb assemblées pour assurer une continuité de surface, sans arête, ni 7 décalage au niveau des zones de jonction radiales 14. Au besoin, il est possible de rattraper un jeu radial en insérant des cales calibrées dans les zones de jonction radiales 14. La bielle 30 selon l'invention est une bielle assemblée et comporte de manière connue une tête de bielle 31 pourvue d'un chapeau 32, un pied de bielle 33 également pourvu d'un chapeau 34 et un corps de bielle 35 reliant la tête 31 au pied 33. Les logements 36, 37 définis respectivement par la tête de bielle 31 et son chapeau 32 et le pied de bielle 33 et son chapeau 34 ont un profil polygonal 38 complémentaire au profil polygonal 18 de la bague extérieure 11 du roulement 10 selon l'invention. Dans l'exemple illustré, ce profil polygonal est hexagonal. La tête de bielle 31 et son chapeau 32 sont assemblés en des zones de jonction radiales 40 similaires à celles du roulement 10, à savoir des surfaces planes confondues dans un plan passant par l'axe central du logement 36. Chaque zone de jonction radiale 40 comporte des formes d'emboîtement complémentaires d'auto centrage, sous la forme par exemple d'un téton 41 et d'un trou lisse 42 en correspondance et des moyens de fixation (non représentés) démontables sous la forme de vis, boulons ou similaires (non représentés) au travers d'un alésage 43 et d'un trou fileté 44 correspondants. Dans l'exemple illustré, le pied de bielle 33 est conçu de manière similaire à la tête de bielle 31 pour recevoir un roulement 10 selon l'invention de dimension inférieure. Il comporte également des zones de jonction radiales 40 pourvues de tétons 41 et de trous lisses (non visibles) d'auto centrage et des moyens de fixation démontables au travers d'alésages 43 et de trous filetés (non visibles). Cet exemple n'est pas limitatif, sachant qu'on peut utiliser un pied de bielle 33 classique, monobloc, pourvu d'une bague à faible coefficient de friction ou d'un axe pressé. 8 Cette bielle 30 peut être obtenue par moulage dans des matériaux métalliques très résistants. Le profil polygonal 38 des logements 36, 37 définis dans la tête de bielle 31 et le pied de bielle 33 est de préférence rectifié après assemblage des chapeaux 32, 34 pour garantir une continuité de surface sans arête, ni décalage au niveau des zones de jonction radiales 40. Au besoin, il est possible de rattraper un jeu radial en insérant des cales calibrées dans les zones de jonction radiales 40. Le vilebrequin 50 pour moteur à explosion, dont seule une partie est schématisée dans la figure 4, comporte de manière connue des manetons 51 aptes à recevoir les têtes de bielle 31 au moyen de roulements 10 selon l'invention assurant une liaison en rotation sans, friction. A cet effet, chaque maneton 51 comporte un chemin de roulement 52 apte à recevoir les organes roulants 20 du roulement 10 correspondant. Ce chemin de roulement 52 a une section complémentaire à celle des organes roulants 20 comme par exemple un arc de cercle pour des billes, cet arc de cercle s'étendant sur un secteur angulaire inférieur à 180 . Les organes roulants 20 sont ainsi guidés en rotation entre le chemin de roulement 52 du vilebrequin 50 et le chemin de roulement 17 de la bague extérieure 11 du roulement 10, sans possibilité de déplacement axial. Ce chemin de roulement 52 peut être moulé ou forgé lors de la fabrication du vilebrequin 50 mais est de préférence rectifié par usinage pour corriger les tolérances. Ce vilebrequin 50 comporte également et de manière connue des portées (non représentées) définissant l'axe de rotation du vilebrequin 50 et destinées à reposer dans les paliers du carter moteur (non représenté). La liaison rotative entre les portées du vilebrequin 50 et les paliers du carter peut être réalisée au moyen du roulement 10 selon l'invention assurant ainsi une liaison en rotation sans friction. Dans ce cas, chaque portée du vilebrequin 50 comporte un chemin de roulement apte à recevoir les organes roulants 20 du roulement 10 correspondant et chaque palier du 9 carter comporte un logement polygonal apte à recevoir la bague extérieure 11 du roulement 10 correspondant. Si le pied de bielle 33 est également équipé du roulement 10 selon l'invention alors l'axe du piston (non représenté) sur lequel il se monte doit également comporter un chemin de roulement équivalent à celui prévu sur le maneton 51 du vilebrequin 50, mais de plus petite dimension. Possibilités d'application industrielle : Le montage d'un roulement 10 selon l'invention est illustré en figure 4 dans laquelle la tête de bielle 31 est ouverte pour permettre la mise en place d'une première partie 1 lb de la bague extérieure 11, autour du maneton 51 du vilebrequin 50 dans lequel les organes roulants 20 sont placés dans le chemin de roulement 52 et maintenus en position de manière temporaire au moyen par exemple d'un système magnétique (non représenté). La deuxième partie 1la de la bague extérieure 11 est positionnée sur la première partie 11b grâce aux tétons 15 et trous lisses 16 puis fixée par les organes de fixation (non représentés) au travers des alésages 12 et trous filetés 13. Le chapeau 32 est ensuite positionné sur la tête de bielle 31 grâce aux tétons 41 et trous lisses 42, puis fixé par les organes de fixation (non représentés) au travers des alésages 43 et trous filetés 44. Ce type d'assemblage est facilement démontable en cas de maintenance ou pour toute autre intervention. Si les portées du vilebrequin et/ou le pied de bielle 33 comportent un roulement 10 25 selon l'invention, on procèdera de manière similaire. Il ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir une liaison par roulement robuste, fiable et autorisant un rattrapage 10 automatique du jeu axial entre les différents entraxes : piston-vilebrequin et/ou carter-vilebrequin. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit mais s'étend à 5 toute modification et variante évidentes pour un homme du métier tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées. Revendications 1. Roulement (10) notamment pour bielle (30) de vilebrequin (50) et/ou carter de moteur à explosion, comportant au moins une bague (11) définissant un chemin de roulement (17) et une pluralité d'organes roulants (20) disposés dans ce chemin de roulement (17)ä caractérisé en ce que ladite bague (11) est une bague extérieure formée d'au moins deux parties (l la, 1 lb) assemblées en des zones de jonction radiales (14) et définit un profil polygonal (18) destiné à être monté dans un logement (36, 37) complémentaire prévu dans ladite bielle (30) et/ou ledit carter, de sorte que ladite bague extérieure (11) est liée en rotation à ladite bielle (30) et/ou audit carter, et en ce que les organes roulants (20) sont montés directement de manière jointive dans ledit chemin de roulement (17). 2. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes roulants (20) sont des billes. 3. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite bague extérieure (1l) a un profil hexagonal. 4. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones de jonction radiales (14) comportent des formes d'emboîtement complémentaires (15, 16) d'auto centrage et des moyens de liaison démontables. 5. Bielle (30) pour vilebrequin (50), comportant une tête de bielle (31) pourvue d'un chapeau (32), un pied de bielle (33) et un corps (35) reliant la tête (31) et le pied (33), caractérisée en ce qu'au moins la tête de bielle (31) et le chapeau (32) délimitent entre eux un logement (36) ayant un profil polygonal (38) apte à recevoir la bague extérieure (11) du roulement (10) selon l'une quelconque des 11 12 revendications précédentes, de sorte que ladite bague extérieure (11) est liée en rotation à ladite bielle (30). 6. Bielle selon la revendication 5, caractérisée en ce que le pied de bielle (33) comporte un chapeau (34) et en ce qu'ils délimitent entre eux un logement (37) ayant un profil polygonal (38) apte à recevoir la bague extérieure (11) du roulement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, de sorte que ladite bague extérieure (11) est liée en rotation à ladite bielle (30). 7. Bielle selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que la bague extérieure (11) est montée dans ledit logement (36, 37) avec une tolérance autorisant un degré de liberté en translation axiale de l'un par rapport à l'autre. 8. Bielle selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que les zones de jonction radiales (40) de la tête et/ou du pied de bielle (31, 33) comportent des formes d'emboîtement complémentaires (41, 42) et des moyens de fixation démontables. 9. Carter de moteur à explosion pourvu de paliers aptes à recevoir les portées du vilebrequin (50), caractérisé en ce que chaque palier comporte un logement ayant un profil polygonal apte à recevoir la bague extérieure (11) du roulement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, de sorte que ladite bague extérieure (11) est liée en rotation audit carter. 10. Vilebrequin (50) pour moteur à explosion comportant des manetons (51) aptes à recevoir les têtes de bielle (31) liées en rotation, caractérisé en ce qu'il comporte des roulements (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 disposés entre les têtes de bielle (31) et les manetons (51) du vilebrequin (50). 5 11. Vilebrequin comportant des portées liées en rotation au carter du moteur à explosion, caractérisé en ce qu'il comporte des roulements (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 disposés entre les paliers du carter et les portées du vilebrequin (50). 12. Vilebrequin selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que chaque maneton (51) ou portée comporte un chemin de roulement (52) apte à recevoir les organes roulants (20) dudit roulement (10) montés de manière jointive. 10