Brevet FR2889569A1 — publié le 20070209

ARBRE, COMME UN ARBRE A CAMES, EN PARTICULIER POUR VEHICULES AUTOMOBILES Dans le cas de moteurs à combustion interne, on utilise des arbres à cames pour la commande des soupapes de gaz à deux voies. Dans le cas présent, les arbres à cames tournent sur un moteur à quatre temps avec le demi-régime moteur. Comme éléments de commande pour le déplacement des soupapes de gaz à deux voies, on utilise des cames comprenant des zones de cercle de base et des zones de soulèvement. D'autre part, on peut prévoir sur l'arbre à cames par exemple une pièce d'extrémité pour le logement de la roue à chaîne ou de la roue dentée ou d'une roue de capteur et d'autres éléments. Du fait de leur fonction, les cames sont placées tournées dans l'axe longitudinal sur l'arbre à cames. De ce fait, l'arbre à cames est exposé totalement à un déséquilibre, ce qui peut entraîner des vibrations de moteur inopportunes supplémentaires du moins dans certaines plages de régime. D'autre part, les masses rotatives globales du moteur provoquent des vibrations. Au moins certains de ces phénomènes de vibration peuvent être compensés en appliquant des contre-balourds dans la pratique. Ces contrebalourds peuvent être constitués par des poids d'équilibrage sur l'arbre à cames et/ou on peut prévoir des arbres dits d'équilibrage spécialement à cet usage. En ce qui concerne les arbres à cames, on sait par les documents DE4030568C2, et DE433680902 prévoir des poids d'équilibrage. Dans le document DE 403056802, des masses d'équilibrage sont décalées de façon excentrée par axe de rotation sur un arbre à cames réalisé de façon massive pour la compensation de défaut d'équilibrage dans un exemple de réalisation. Dans un autre exemple de réalisation, des masses d'équilibrage se présentant sous la forme de parties tubulaires décalées de façon excentrée par rapport à l'axe de rotation. De tels arbres sont chers à la fabrication et limités dans l'utilisation. Dans le document DE4336809, on propose des cames présentant un alésage et à fixer sur le corps de base de l'arbre, qui sont fixées sur l'arbre. Les cames présentent sur le côté, faisant face à l'élévation de la came, un prolongement sous la forme d'une embase axiale, c'est-à-dire une demicoque réalisée d'une seule pièce avec la came comme masse de compensation. La possibilité d'utilisation de tels arbres à cames est également limitée, étant donné que les positions des cames et du poids de compensation sont définies dès le départ les unes par rapport aux autres, et ne peuvent pas être modifiées. La présente invention a pour objectif de base de créer en particulier des arbres à cames ou des procédés pour leur fabrication, avec lesquels la fabrication peut se faire de façon plus simple et plus avantageuse et avec lesquels la répartition de l'équilibre/du déséquilibre peut être effectuée de façon plus précise que jusqu'à présent. D'autre part, les possibilités d'application et d'utilisation des arbres à cames peuvent être élargies et la répartition des masses également d'autres composants fixés ou à fixer sur l'arbre peut être prise en compte. Ce résultat est obtenu dans le cas d'un arbre, en particulier dans le cas d'un arbre à cames avec un corps de fonction prévu sur un corps d'arbre, comme des cames, par le fait que les masses d'équilibrage sont des éléments fabriqués séparément aussi bien des éléments de fonction, comme des cames, que de l'arbre, et fixées sur l'arbre, par exemple l'arbre à cames. De tels éléments peuvent être fixés aussi bien sur la came ellemême que sur le corps de base de l'arbre. Une façon particulièrement avantageuse de placer ces éléments peut se faire par un enfoncement axial de ces éléments, de sorte que ceux-ci sont fixés axialement et de façon solidaire en rotation sur l'arbre. Dans le cas présent, il peut être particulièrement avantageux qu'aussi bien les cames que les éléments de compensation ou d'équilibrage ou les poids soient fixés par un enfoncement axial, et ce d'une façon qui est décrite dans au moins l'un des documents DE-OS 403056802, 433680902 et 380338302. Les poids et éléments d'équilibrage, qui sont 30 fixés par un enfoncement axial sur un corps de base d'arbre, sont réalisés de façon appropriée avec une forme annulaire et présentent une zone d'équilibrage avec une masse plus grande et une zone de retenue avec une masse plus petite. La zone de retenue peut présenter par rapport à la zone d'équilibrage présentant la plus grande masse un étirement axial plus faible que la zone d'équilibrage. La zone de retenue peut être prévue également de façon dissymétrique par rapport à la zone d'équilibrage dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Les éléments d'équilibrage peuvent être réalisés également au moins approximativement en forme de demi-coque et être fixés sur le corps d'arbre. La fixation peut se faire par soudage au faisceau laser, mais également par brasage ou collage. La fixation par un soudage à décharge de condensateur est particulièrement avantageuse, parce qu'on peut souder ainsi dessus sans déformation et on n'a pratiquement pas de réchauffement de l'environnement du point de soudage. Pour la fixation au moyen de soudage, il peut être avantageux que les éléments d'équilibrage présentent au moins un contour dirigé vers l'intérieur; ce contour peut être formé également par un renflement au moins approximativement parallèle à l'axe, qui entraîne lors du soudage l'assemblage avec l'arbre à cames ou avec le corps de base de l'arbre à cames. On peut appliquer sur un seul et même arbre à 30 cames des éléments d'équilibrage ou des poids d'équilibrage de différentes masses. Du fait de la séparation de la fonction de la commande de came et de l'équilibre des masses au moyen d'éléments d'équilibrage ou de masses d'équilibrage fabriqués séparément, une structure modulaire de l'arbre à cames est également possible. Dans le cas présent, on peut utiliser selon les exigences et l'utilisation le même corps de base d'arbre à cames avec différentes cames et des masses d'équilibrage appropriées. De ce fait, on peut également faire l'économie de coût d'outillage de proportion importante. Du fait de l'invention, il est également possible de façon particulièrement simple et avantageuse de prendre en compte par le nombre et l'emplacement des centres de gravité des éléments d'équilibrage également la masse des autres éléments fixés ou restant à fixer sur l'arbre, comme par exemple d'un capteur, d'une roue d'entraînement ou similaire. Il est également possible de façon particulièrement avantageuse de prévoir les poids ou les éléments d'équilibrage sur l'arbre d'une façon telle que l'arbre même présente un défaut d'équilibrage, qui compensent ou égalisent cependant des vibrations qui sont générées par d'autres masses rotatives. Une autre idée de l'invention concerne la fabrication d'arbres dits assemblés avec des corps de fonction ovales, donc par exemple des arbres à cames, sur lesquels les cames sont fixées par enfoncement axial sur un corps de base d'arbre. Il est apparu que, dans le cas de tels arbres à cames, sur lesquels les cames sont polies d'abord au niveau de leur contour théorique et qui sont ensuite enfoncées, la forme extérieure des cames diverge du contour théorique de telle sorte que la commande du moteur est influencée de façon négative. Dans le cas présent, non seulement la zone de fixation cylindrique est déformée, mais également dans la zone de soulèvement de la came, il y a des déformations. En conséquence, l'autre idée présente de l'invention a pour objectif d'éviter de telles déformations et en particulier de créer des arbres à cames, sur lesquels le contour extérieur des corps de fonction, donc par exemple des cames, correspond au contour conforme à la destination même dans l'état monté. Ce résultat est obtenu par le fait que, lors du ponçage du contour extérieur, une fixation de la came s'effectue par son alésage intérieur au moyen d'un élément de serrage, par exemple d'un mandrin de serrage hydraulique ou mécanique, un élargissement de la came étant généré, lequel correspond à l'élargissement qui correspond à l'arbre à cames après l'assemblage de la came. De ce fait, le contour extérieur peut être fabriqué exactement selon le contour cible. Une autre idée de l'invention concerne la conception de corps de fonction, comme en particulier des cames pour un arbre à cames assemblé. Cette partie de l'invention a pour fonction d'économiser du matériau, de rendre meilleur marché les arbres à cames et de réduire le défaut d'équilibre dans le cas des arbres à cames. Ce résultat est obtenu selon l'invention par le fait que la came dans la zone du soulèvement de came est introduite dans une gorge traversant au moins partiellement la came dans le sens de l'axe. Cette gorge peut être continue dans la direction de l'axe ou pénétrer seulement partiellement éventuellement la came. La gorge, vue dans le sens du côté avant de la came, peut avoir une forme de croissant et être introduite seulement sur un côté, mais également à partir des deux côtés. Cependant la gorge peut être également une cavité continue, également au moins approximativement circulaire. On voit qu'une partie importante du matériau plus cher, qui est utilisé habituellement dans le cas de cames pleines, peut être évitée. L'invention est expliquée d'une façon plus détaillée à l'aide des figures 1 à 10. Dans le cas présent, la figure 1 montre un arbre à cames 1 dit assemblé avec un corps de base d'arbre 2, qui se compose d'une partie 2a de forme tubulaire, et une tubulure 2b fixée dessus par exemple par soudage, soudage par frottement ou similaire, réalisée en partie de façon creuse. La tubulure 2b peut être fabriquée par formage de pièces massives et est reliée en 2c au tube 2a par les procédés déjà cités. L'embase 2b présente sur son côté opposé au point de liaison une bride 3, et après l'assemblage de la partie du tube 2a et de la tubulure 2b, la surface du corps de base de forme ondulée fait l'objet d'un usinage fin depuis la zone d'extrémité 4 jusqu'au début de la collerette 5 et est prétraitée pour l'enfoncement axial des cames N 1 à N 8 et des poids d'équilibrage. Ensuite, ceux-ci sont enfoncés axialement dans l'ordre approprié, et ce d'une façon décrite dans les documents DE-OS déjà cités. La roue de capteur 10 peut être appliquée également de la même façon. L'arbre creux 2a est fermé sur son extrémité 4 par un capuchon d'étanchéité 11, afin d'éviter la pénétration d'huile et donc la génération d'un défaut d'équilibre. Le poids d'équilibrage 6, qui est représenté en vue générale sur la figure 2 conformément à une vue générale selon la flèche II-II de la figure 1, est montré également sur la figure 3 selon une coupe selon la ligne III-III de la figure 2. Il présente une partie de retenue 12 conçue en partie comme une partie cylindrique et une zone 13 avec un étirement radialement plus grand et donc une masse plus grande. L'élément d'équilibrage 7, représenté sur la figure 4 en vue générale selon les flèches IV-IV, est réalisé de façon dissymétrique dans le plan perpendiculaire à l'axe de rotation, comme on le voit sur la figure 5 selon une coupe de la ligne V-V de la figure 4. Ce poids ou cette masse d'équilibrage 7 présente également une zone de retenue 14 conçue en partie avec une forme cylindrique et une zone 15 avec une masse plus grande. Afin de déplacer le centre de gravité de masse X axialement plus près dans le secteur de la zone retenue 14, la zone 15 est réalisée en forme de cône avec une masse plus grande, donc dotée d'une masse devenant plus faible axialement à partir de la zone de retenue annulaire. La conception conçue en forme de cône est désignée par 16. Sur la figure 6, l'élément d'équilibrage 9 est montré dans une vue selon les flèches VI-VI. La figure 7 montre l'élément d'équilibrage 9 selon une coupe de la ligne VII-VII de la figure 6, qui présente à son tour une zone de retenue 17 conçue en partie en forme de cylindre et une zone 18 avec une masse plus grande. Là aussi, l'étirement radial et l'étirement axial de la zone 18 sont nettement plus grands que ceux de la zone 17, comme sur la figure 5. Au lieu d'au moins certains des éléments d'équilibrage 6 - 9, on peut fixer cependant également des poids d'équilibrage selon la figure 9 sur le corps de base de l'arbre. Les éléments d'équilibrage 30 sont réalisés au moins approximativement en forme de demi- coque et présentent dans la zone radialement intérieure un contour 31 adapté au moins approximativement au corps de base de l'arbre. De ce contour dépassent deux renflements de soudure 32 radialement de l'intérieur, de sorte que les éléments d'équilibrage 30 peuvent être fixés par soudure, comme le soudage à décharge de condensateur, soudage à résistance ou similaire sur le corps de base de l'arbre, les deux renflements de soudage 32 fondant sur le corps de base de l'arbre. La figure 9 montre la came N2 dans une vue selon 5 la ligne IX-IX de la figure let de la figure 10 une coupe selon la ligne X-X de la figure 9. La came 3 présente un alésage 60 et une zone 61 partiellement cylindrique, qui fait place à une zone 62 en relief. Dans la zone de came 62 en relief est introduite une gorge 63 pour économiser du matériau et du poids. La gorge 63 peut être conçue de façon continue également dans la direction de l'axe. De telles cames sont fabriquées par un usinage approprié, c'est-à-dire forgeage et éventuellement par grenaillage, rotation de l'alésage 60, rotation dure de l'alésage jusqu'à la cote d'assemblage, ponçage du contour périphérique et éventuellement ponçage par glissement final jusqu'à la cote finale. Lors de l'enfoncement axial des cames sur leur alésage 60, la forme extérieure des cames varie cependant par rapport au contour théorique prédéfini, et ce non seulement dans la zone 61 cylindrique, mais également dans la zone de soulèvement 62. Afin de garantir une forme correspondant exactement au contour théorique de la came, même dans le cas d'une came enfoncée, la came 3 est réceptionnée lors du ponçage du contour extérieur 64 au moyen de son alésage intérieur 60 circulaire sur un dispositif de serrage qui élargit la came d'une façon identique à celle du cas de l'enfoncement axial. A cet effet, la came peut être réceptionnée sur un élément de serrage mécanique ou hydraulique qui génère le même type de recouvrement qu'avec la came enfoncée sur l'arbre. De ce fait, le contour extérieur peut être fabriqué exactement selon le contour cible, et après le desserrage de l'élément, on a une forme non adaptée à l'utilisation, mais à nouveau la forme cible après le montage de la came. 12 REVENDICATIONS 1. Arbre, en particulier arbre à cames (1), comprenant des corps de fonction prévus sur un corps d'arbre comme des cames, sur lequel sont prévues également des masses d'équilibrage (6 à 9, 30), caractérisé en ce que les masses d'équilibrage sont des éléments fabriqués séparément aussi bien des éléments de fonction, comme les cames, que de l'arbre, et fixés sur l'arbre, comme l'arbre à cames. 2. Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que aussi bien les cames (N1 à N8) que les éléments d'équilibrage sont fixés par enfoncement axial de façon solidaire axialement et en rotation sur un corps de base d'arbre (2). 3. Arbre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments d'équilibrage (6 à 9) ont une forme annulaire et présentent une zone d'équilibrage avec une masse plus grande et une zone de retenue avec une masse plus petite. 4. Arbre selon la revendication 3, caractérisé en 25 ce que la zone de retenue présente une extension axiale plus faible que la zone avec la masse plus grande. 5. Arbre selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la zone de retenue dans un plan 30 perpendiculaire à l'axe de rotation est dissymétrique par rapport à la zone avec la masse plus grande. 6. Arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'équilibrage (6 à 9) sont conçus au moins approximativement en forme de demi-coque, et sont fixés sur le corps d'arbre. 7. Arbre selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments d'équilibrage (6 à 9) sont soudés sur l'arbre. 8. Arbre selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments d'équilibrage (6 à 9) présentent sur leur contour intérieur au moins un contour dirigé vers l'intérieur. 9. Arbre selon la revendication 8, caractérisé en ce que le contour est un renflement agencé au moins approximativement parallèle à l'axe. 10. Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'équilibrage (6 à 9) sont fixés par soudage sur l'arbre. 11. Arbre selon la revendication 10, caractérisé en ce que les éléments d'équilibrage (6 à 9) sont fixés sur l'arbre par soudage à résistance. 12. Arbre selon la revendication 10, caractérisé 30 en ce que les éléments d'équilibrage (6 à 9) sont fixés sur l'arbre par soudage par décharge de condensateur. 13. Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'équilibrage (6 à 9) présentent différentes masses sur un seul et même arbre à cames (1). 14. Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la position des éléments d'équilibrage (6 à 9) des centres de gravité tient compte également des masses d'autres éléments fixés sur l'arbre ou restant encore à fixer. 15. Arbre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'équilibrage (6 à 9) sont prévus sur l'arbre de façon telle que l'arbre même présente un défaut d'équilibrage. 16. Arbre à cames selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la came (Ni) présente sur sa zone de soulèvement une gorge agencée dans la direction de l'axe. 17. Arbre selon la revendication 16, caractérisé 25 en ce que la gorge est continue au plan axial. 18. Procédé pour la fabrication de corps de fonction enfoncés axialement sur des arbres avec une forme différente de la forme circulaire, comme des cames pour un arbre à cames, caractérisé en ce que les cames (Ni à N8) pour le ponçage de la forme de fonction définitive sont tendues par leur alésage intérieur sur un mandrin et sont déformées à cet endroit pendant le ponçage dans un état correspondant à l'état appliqué sur l'arbre à cames.