Brevet FR2904785A1 — publié le 20080215

Procédé de positionnement et de montage dans la culasse d'un moteur de véhicule d'au moins un arbre a cames sur roulements, et dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. La présente invention concerne un procédé de positionnement et de montage dans la culasse d'un moteur de véhicule d'au moins un arbre à cames sur roulements. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Les normes de plus en plus sévères relatives à la pollution atmosphérique et à l'émission de CO2 des moteurs thermiques imposent aux constructeurs automobiles des efforts toujours plus importants de recherche et développement, en particulier pour réduire la consommation des moteurs. Parmi les nombreuses voies d'exploration actuelles, il y a la recherche de perfectionnements technologiques dans le but de réduire les Pertes Moyennes par Frottements (PMF). Par exemple, en montant les arbres à cames sur des roulements, on réduit la résistance de frottement et les pertes de puissance au niveau mécanique. Les arbres à cames sont assemblés, de manière classique, par montage sur une barre ou un tube, à froid ou à chaud, de leurs différents composants : cames, cibles, pignons, etc. Dans les arbres à cames sur roulements, on intercale entre les cames des roulements à aiguilles. De manière classique, on utilise des bagues en matière plastique ou des circlips, qui permettent d'assurer le maintien en position des roulements sur la barre (ou tube) de l'arbre en latéral, c'est-à-dire selon la direction longitudinale ou axiale de la barre. En fonctionnement, le défrettage de ces éléments de maintien en position en latéral peut conduire à la destruction de l'arbre à cames. Le but de la présente invention est de concevoir un nouveau procédé de positionnement et de montage dans la 2904785 2 culasse d'un moteur de véhicule d'au moins un arbre à cames sur roulements, qui supprime le recours à des éléments supplémentaires de positionnement en latéral intégrés à l'arbre à cames lors du montage de ce dernier. 5 En d'autres termes, le but de la présente invention est de concevoir un tel nouveau procédé de positionnement et de montage, qui garantisse efficacement le positionnement et l'arrêt des roulements selon la direction axiale de l'arbre. Un autre but de la présente invention est de réaliser 10 un tel nouveau procédé qui apporte un gain substantiel de temps lors du montage de l'arbre à cames. C'est également un but de la présente invention de réaliser un tel nouveau procédé qui réduise de façon substantielle le coût des pièces et du procédé de montage 15 des arbres à cames. Enfin, c'est également un but de la présente invention de fournir un dispositif de conception simple, robuste, fiable, économique, pour la mise en oeuvre facile du nouveau procédé de l'invention. 20 Pour parvenir à ces buts, la présente invention conçoit un nouveau procédé de positionnement et de montage dans la culasse d'un moteur de véhicule d'au moins un arbre à cames sur roulements. Ce nouveau procédé comporte les étapes suivantes . 25 - mise en place de la culasse sur la ligne de montage, - mise en place sur la culasse d'un gabarit découpé aux formes géométriques de l'arbre à cames, de ses éléments composants et roulements, ainsi qu'à la forme géométrique du plan de joint culasse/couvre culasse, 30 - pose de l'arbre à cames dans la culasse, - retrait du gabarit, et - pose et fixation du couvre culasse sur la culasse. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la mise en place sur la culasse du gabarit est réalisée à 35 l'aide de moyens de centrage précis du gabarit sur la culasse. 2904785 3 De préférence, ces moyens de centrage précis sont constitués par des pions de centrage sur la culasse et des orifices réalisés dans le gabarit pour le passage des pions dans le gabarit. 5 La fixation du couvre culasse sur la culasse se fait par pose des vis de culasse et serrage au couple de l'ensemble. Selon une variante particulière, le procédé de la présente invention s'applique au positionnement et au 10 montage dans la culasse d'un moteur de véhicule d'un ensemble de deux arbres à cames sur roulements. Dans ce cas, le gabarit est un gabarit unique, découpé aux formes géométriques des deux arbres à cames sur roulements, d'axes sensiblement parallèles, de leurs éléments composants et de 15 leurs roulements, ainsi qu'à la forme géométrique du plan de joint culasse/couvre culasse. L'invention fournit également un nouveau dispositif pour la mise en oeuvre du procédé et de ses variantes exposés ci-dessus dans leurs grandes lignes. Ce nouveau dispositif 20 est constitué d'une plaque plane ou gabarit qui présente une découpe intérieure précise aux formes géométriques d'au moins un arbre à cames, de ses éléments composants et roulements ainsi qu'à la forme géométrique du plan de joint culasse/couvre culasse. 25 Selon un mode de réalisation préféré dans lequel sont prévus des moyens de centrage précis du gabarit sur la culasse, le nouveau dispositif comporte, de plus, des orifices réalisés dans le gabarit pour le passage de pions de centrage du gabarit sur la culasse. 30 Chaque découpe intérieure précise aux formes géométriques d'un arbre à cames est composée d'une succession (selon la direction axiale de l'arbre) de découpes aux formes géométriques et dimensions axiales précises des composants de l'arbre à cames entre lesquelles 35 sont intercalées des découpes aux formes géométriques et dimensions axiales précises des roulements. 2904785 4 De préférence, le gabarit est réalisé en matière plastique. De préférence également, le gabarit est réalisé par moulage de la culasse, suivi d'un usinage. 5 D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : 10 - la figure 1 représente, de manière schématique, un arbre à cames sur roulements, avec des moyens de positionnement en latéral selon l'art antérieur, - la figure 2 représente, de manière schématique, un exemple de dispositif de positionnement et de montage 15 (gabarit) d'arbre à cames, selon la présente invention, - la figure 3 représente, de manière schématique, un arbre à cames sur roulements en cours de montage, avec des moyens de positionnement et de montage selon la présente invention et représentés sur la figure 2, et 20 - les figures 4A à 4D représentent, de manière très schématique, le principe d'utilisation du dispositif selon la présente invention dans le positionnement et le montage d'un ensemble de deux arbres à cames sur roulements. En référence au dessin de la figure 1, on a représenté 25 un arbre à cames, de référence générale 1. Il est constitué d'une barre (ou tube) 2, de forte résistance aux torsions et à l'usure par frottement, sur laquelle sont montées, à titre d'exemple non limitatif de l'objet de l'invention, des cames C pour l'échappement et l'admission, de manière classique. 30 Une poulie P est prévue pour l'entraînement de l'arbre à cames en rotation, commandé par le vilebrequin. De façon connue en soi, l'arbre à cames 1 peut également comporter d'autres éléments mécaniques, comme par exemple un pignon de commande d'allumeur, un excentrique de commande de pompe à 35 essence, etc. En variante, on peut avoir deux arbres à cames, l'un comportant des cames d'admission et l'autre des cames d'échappement. On peut avoir aussi plusieurs arbres à 2904785 5 cames qui commandent les soupapes d'admission et plusieurs arbres à cames qui commandent les soupapes d'échappement. La présente invention s'applique mutatis mutandis au positionnement et au montage simultanée de plusieurs arbres 5 à cames sur une culasse de moteur, comme il sera décrit plus loin. Des roulements référencés R, qui sont de préférence des roulements à aiguilles, sont montés sur l'arbre à cames 1 pour former des paliers avant, arrière ou centraux de 10 l'arbre à cames 1 sur l'élément de culasse (ou de carter éventuellement) sur lequel l'arbre 1 est monté. Dans le cas présent d'un montage de l'arbre à cames 1 sur la culasse (non représentée), les roulements R, après avoir été bien positionnés selon la direction axiale, sont 15 maintenus en position par le serrage du couvre culasse ou chapeau de culasse sur la culasse. Les roulements R sont mis en position précise selon la direction axiale et maintenus en position par l'adjonction de rondelles en matière plastique ou circlips 3. Chaque roulement R est ainsi bloqué 20 en position selon la direction axiale par deux rondelles (ou circlips) 3, situées en butée contre l'une et l'autre des deux faces latérales du roulement R. Comme indiqué précédemment, la présente invention vise à supprimer le recours à des éléments supplémentaires de 25 positionnement, par conséquent à supprimer le recours aux rondelles ou circlips 3, intégrés à l'arbre à cames 1 lors de son montage. Le dispositif de l'invention permettant de supprimer ces éléments supplémentaires de positionnement sera mieux 30 compris à l'aide des figures 2 et 3. Il est constitué d'un gabarit 4, en forme de plaque plane, en matière plastique, dont la forme géométrique est définie à partir de la spécification de la position des roulements R et de la forme du plan de joint culasse/couvre culasse. 35 Le gabarit 4 présente une forme générale sensiblement rectangulaire, dans laquelle est pratiquée une découpe de forme et de dimensions précises, au moins selon la direction 2904785 6 longitudinale. La découpe est pratiquée selon une ligne de découpe, référencée d , telle qu'elle permet l'insertion et le positionnement précis des composants de l'arbre à cames C, P, et des roulements R. Comme on peut le voir plus 5 particulièrement sur le dessin de la figure 2, la forme de la découpe du gabarit 4 se présente sous la forme d'une succession de découpes principales Ec, rectangulaires, pour l'insertion et le positionnement précis en latéral des composants de type cames C et poulie P, et de découpes plus 10 petites Er, rectangulaires, interposées entre les découpes principales Ec pour l'insertion et le positionnement précis en latéral des roulements à aiguilles R. Les positionnements précis en latéral sont obtenus par la position précise des bords transversaux des découpes. 15 En particulier, le positionnement précis des roulements R se fait par leur insertion dans les découpes Er, dont les bords transversaux sont positionnées selon la direction axiale de façon précise sur la culasse et dont la largeur axiale est précisément celle des roulements R, les 20 autres composants de l'arbre à cames étant insérés dans les découpes Ec. Ce gabarit 4 peut être réalisé par moulage de la culasse, suivi d'un usinage de celle-ci pour former le gabarit. 25 Il peut être prévu dans le gabarit 4 des orifices 5 pour le passage de pions de centrage (non représentés) du gabarit 4 sur la culasse, de façon à garantir une mise en place précise du gabarit 4 sur l'élément de culasse avant la pose de l'arbre à cames 1 équipé de ses roulements R. A 30 titre d'exemple, ces pions de centrage, cylindriques, peuvent être au nombre de quatre, et les orifices 5 correspondant, circulaires, répartis sensiblement dans le voisinage des angles du rectangle constitutif de la forme du gabarit 4, respectivement. 35 Le gabarit 4 peut être un gabarit découpé pour un arbre à cames unique (figure 2 et 3) ou pour deux arbres à cames (exemple des figures 4A à 4D) ou plus. 2904785 7 Le procédé de positionnement et de montage d'un ou plusieurs arbres à cames dans une culasse de moteur thermique de véhicule est illustré dans son principe, de manière très schématique, sur le dessin des figures 4A à 4D. 5 Bien qu'illustré par un exemple dans lequel il s'agit de positionner et monter deux arbres à cames parallèles dans une même opération, ce principe est évidemment identique dans le cas d'un positionnement et d'un montage d'un seul arbre à cames. 10 La culasse 10 est mise en place sur la ligne de montage non représentée (figure 4A). Ensuite, il y a mise en place sur la culasse 10 d'un gabarit 4 (gabarit double) découpé aux formes géométriques des deux arbres à cames, référencés 1 et 1', et de leurs 15 éléments composants (poulie, cames, roulements, etc.), ainsi qu'à la forme géométrique du plan de joint culasse/couvre culasse (figure 4B). Le gabarit 4, comme déjà mentionné précédemment, peut être centré très précisément sur la culasse 10 grâce à des pions de centrage qui coopèrent avec 20 des orifices de centrage 5 du gabarit 4 (figures 2 et 3). Puis, on pose les deux arbres à cames 1, 1', dans la culasse 10 (figure 4C). Les arbres à cames 1, 1', se posent dans les emplacements en creux définis dans le gabarit 4. L'opérateur de montage s'assure que les roulements R se 25 retrouvent bien dans les logements prévus à cet effet dans le gabarit 4. L'opérateur de montage retire ensuite le gabarit 4, puis pose et fixe le couvre culasse 11 sur la culasse 10 (figure 4D). Les roulements R étant frétés dans la culasse 10, ils ne bougent pas lorsque l'opérateur enlève 30 le gabarit 4. Le serrage garantit ensuite le maintien en position des roulements en fonctionnement. L'augmentation des jeux due à l'élévation de température n'est pas suffisante pour provoquer un déplacement latéral des roulements. 35 La présente invention, telle que décrite ci-dessus, présente de nombreux avantages. 2904785 8 Elle permet de supprimer l'utilisation d'éléments supplémentaires, tels que rondelles et circlips, sur l'arbre à cames pour assurer le positionnement et le blocage selon la direction axiale des roulements, comme y recourent les 5 procédés de l'art antérieur. Le procédé de montage des arbres à cames sur la culasse s'en trouve simplifié, avec un gain de temps substantiel dans le montage des arbres à cames, un gain sur le coût des pièces et sur le procédé dans son ensemble. 10 Le procédé selon l'invention offre aussi l'avantage de permettre d'effectuer un contrôle qualité à la source. Le positionnement précis, optimal, des arbres à cames sur roulements réduit les frottements et accroît leur durée de vie. Enfin, cette réduction des frottements permet de 15 réduire la consommation du moteur, et par conséquent la pollution atmosphérique. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent 20 être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de positionnement et de montage dans la culasse d'un moteur de véhicule d'au moins un arbre à cames (1) sur roulements (R), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes . - mise en place de la culasse sur la ligne de montage, - mise en place sur la culasse d'un gabarit (4) découpé aux formes géométriques de l'arbre à cames (1), de ses éléments composants (C, P) et roulements (R), ainsi qu'à la forme géométrique du plan de joint culasse/couvre culasse, - pose de l'arbre à cames (1) dans la culasse, - retrait du gabarit (4), et - pose et fixation du couvre culasse sur la culasse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise en place sur la culasse du gabarit (4) est réalisée à l'aide de moyens de centrage précis du gabarit sur la culasse. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de centrage précis sont constitués par des pions de centrage sur la culasse et des orifices (5) pour le passage des pions dans le gabarit (4). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation du couvre culasse sur la culasse se fait par pose des vis de culasse et serrage au couple de l'ensemble. 5. Procédé de positionnement et de montage dans la culasse d'un moteur de véhicule de deux arbres à cames (1, 1') sur roulements (R), selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gabarit (4) est un gabarit unique, découpé aux formes géométriques des deux arbres à cames (1, 1') sur roulements, d'axes sensiblement parallèles, de leurs éléments composants et de leurs roulements, ainsi qu'à la forme géométrique du plan de joint culasse/couvre culasse. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué 2904785 10 d'une plaque plane ou gabarit (4) qui présente une découpe intérieure (d) précise aux formes géométriques d'au moins un arbre à cames (1), de ses éléments composants (P, C) et roulements (R) ainsi qu'à la forme géométrique du plan de 5 joint culasse/couvre culasse. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une plaque plane ou gabarit (4) qui présente une découpe intérieure (d) précise aux formes géométriques d'au moins un 10 arbre à cames (1), et de ses éléments composants (P, C) et roulements (R), ainsi qu'à la forme géométrique du plan de joint culasse/couvre culasse, ladite plaque étant pourvue d'orifices (5) pour le passage de pions de centrage du gabarit (4) sur la culasse. 15 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que chaque découpe intérieure précise aux formes géométriques d'un arbre à cames (1) est composée d'une succession de découpes (Ec) aux formes géométriques et dimensions axiales précises des 20 composants (P, C) de l'arbre à cames (1) entre lesquelles sont intercalées des découpes (Er) aux formes géométriques et dimensions axiales précises des roulements (R). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est réalisé en 25 matière plastique. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il est réalisé par moulage de la culasse, suivi d'un usinage.