Brevet FR2907529A1 — publié le 20080425

POULIE DE VILEBREQUIN FILTRANTE La présente invention se rapporte à une poulie d'entraînement d'équipement filtrante comprenant un élément filtrant maintenu entre deux surfaces d'appui concentrique. La présente invention se rapporte aussi au procédé d'obtention de telles poulies filtrantes. Les poulies d'entraînement d'équipements sont montées à l'extrémité de l'arbre moteur pour permettre l'entraînement en rotation d'un ou plusieurs équipements accessoires, tels qu'un alternateur, un compresseur de climatisation, une pompe à eau ou autres. Ces poulies diffèrent des poulies classiques en ce qu'elles comportent des moyens d'amortissement des vibrations du vilebrequin généralement réalisés en deux étages distincts: un premier étage d'amortissement des vibrations de torsion de l'arbre moteur et un second étage de filtration des irrégularités cycliques de l'arbre moteur. Le mouvement relatif entre les deux étages est généralement assuré par la présence d'un ou plusieurs paliers de friction. Dans le brevet EP0728957 figure un exemple d'une poulie d'entraînement d'équipements de ce type comportant une première et une seconde bague, cette dernière constituant une masse sismique. Ces bagues s'entourent mutuellement à une distance radiale dans laquelle un premier étage d'amortissement des vibrations de torsion de l'arbre moteur est disposé. Un deuxième étage de filtration des irrégularités cycliques du moteur est disposé entre un moyeu entourant le bout de l'arbre moteur et un voile d'appui que présente la jante de la poulie sur laquelle s'enroule la courroie d'entraînement des équipements. Ces étages comportent des moyens 2907529 -2 élastiques contraints suivant une direction radiale autour de l'arbre moteur, ces moyens élastiques étant de préférence vulcanisées pour accroître leur résistance tout en leur conservant un fort degré de flexibilité. Le moyen élastique 5 présent dans le second étage est dit filtrant et est plus volumineux et également d'une dureté inférieure à celui qui est présent dans le premier étage qui est dit d'amortissement . Ces poulies d'entraînement d'équipements doivent atteindre une durée de vie de l'ordre de 300.000 à 400.000 Km. 10 Pour cela, on précontraint fortement les moyens élastiques car leur efficacité de filtrage des vibrations est meilleure en compression alors que les propriétés en extension sont plus limitées et peuvent conduire à la rupture. Souvent, les taux de compression atteints compensent 15 uniquement les tensions de surface dues au refroidissement après l'injection, mais ne permettent pas de positionner l'élément élastique en compression uniforme pour améliorer sa durabilité. Si l'uniformité de la précontrainte obtenue n'est généralement pas pénalisante pour le moyen élastique 20 d'amortissement de torsion qui présente une épaisseur modérée, en revanche, l'uniformité de la précontrainte des moyens élastiques filtrants est généralement insuffisante. C'est pourtant sur ce moyen élastique que les sollicitations sont les plus fortes en raison d'un couple moteur élevé à bas régime, et 25 d'une puissance élevée des équipements. En effet, tous ces paramètres tendent à augmenter l'amplitude des irrégularités cycliques. En conséquence, ces moyens élastiques filtrants deviennent, généralement, le facteur limitant la durée de vie de 30 l'ensemble de la poulie filtrante. 2907529 - 3 L'invention se propose de résoudre le problème de durée de vie de ces poulies d'entraînement et notamment d'assurer une compression uniforme des éléments élastiques filtrants des irrégularités cycliques. 5 L'invention a pour objet une poulie d'entraînement d'équipement filtrante comprenant un élément filtrant maintenu entre deux surfaces d'appui concentriques, l'élément filtrant étant disposé à l'intérieur d'un ensemble de coquilles mobiles qui définissent un logement qui comprime l'élément filtrant 10 entre les surfaces d'appui. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention qui peuvent être prises séparément ou en combinaison -l'élément filtrant présente un profil permettant de 15 répartir les contraintes subies uniformément lorsque cet élément est comprimé entre les surfaces d'appui ; - l'insertion des coquilles mobiles est obtenu par frettage entre les surfaces d'appui, permettant d'avoir un assemblage de la poulie fiable; 20 - l'élément élastique est un élastomère ; - l'élément filtrant est obtenu par injection d'un élastomère dans le logement défini par l'ensemble de coquilles mobiles. L'invention concerne également le procédé 25 d'assemblage d'une telle poulie suivant lequel on dispose un élément filtrant à l'intérieur d'un ensemble de coquilles mobiles, puis on comprime l'élément filtrant en disposant l'ensemble de coquilles entre les surfaces d'appui, ce qui permet de réaliser une compression forte et uniforme dans un moyen filtrant 30 d'épaisseur importante. 2907529 - 4 Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention qui peuvent être prises séparément ou en combinaison - l'on injecte, à l'intérieur des coquilles, l'élément 5 filtrant avec un profil apte à réaliser une isocontrainte de l'élément filtrant après montage de celui-ci dans la poulie, ce qui permet d'obtenir une uniformité de compression du moyen filtrant augmentée ; - l'on frette l'ensemble de coquilles entre les surfaces 10 d'appui pour comprimer l'élément filtrant. L'invention concerne également un véhicule automobile muni d'une telle poulie d'entraînement d'équipement filtrante fixée en bout d'arbre moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 15 apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante du mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe selon un plan transversal à l'axe moteur M d'une demi poulie d'entraînement 20 d'équipements fixée sur l'axe M selon l'invention; - la figure 2 est une vue de face de la poulie d'entraînement d'équipements suivant la direction A selon un mode de réalisation dans lequel la poulie comporte quatre paires de coquilles mobiles; 25 - la figure 3 est une vue de face des paires de coquilles dans lesquelles un élément filtrant est placé avant leur insertion dans la poulie d'entraînement ; - la figure 4 est une vue de face des paires de coquilles comportant un élément filtrant après leur insertion dans la 30 poulie d'entraînement. 2907529 -5 Dans la description qui va suivre, la direction de l'axe de rotation de l'arbre moteur est dénommée M. En outre, on parlera de face interne d'une pièce comme de la face orientée vers l'axe de rotation de l'arbre moteur M, et la face externe, la 5 face opposée à cette face interne. Sur la figure 1 est représentée la poulie d'entraînement d'équipements 1 en coupe selon un plan transversal à l'axe moteur M d'une poulie d'entraînement d'équipements fixée sur cet axe M. Cette poulie 1 comprend un élément primaire 2 apte 10 à être solidarisé à l'arbre moteur, et un élément secondaire 3 destiné à être relié à un équipement, tel un alternateur, un ventilateur, par l'intermédiaire d'une courroie prenant place sur la jante 4 de cet élément 3 afin de transmettre la rotation de l'arbre moteur à cet équipement. La jante 4 peut avoir un profil 15 permettant une meilleure accroche et un meilleur guidage de la courroie. L'élément primaire 2 est constitué d'une première bague 5 s'étendant selon une direction sensiblement parallèle à l'axe M et prend place à l'extrémité de l'arbre moteur. Cet élément 20 primaire 2 comporte aussi une deuxième bague 6 également sensiblement parallèle à l'axe M, placée à une distance radiale Dl de la première bague 5. Une flasque 7 s'étendant selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe M, lie deux extrémités des bagues de révolution 5, 6 situées sur un même 25 plan radial de la poulie 1 et est d'une longueur environ égale à cette distance D1. Au moins une masse sismique 8 prend place sur la deuxième bague 6 de l'élément primaire 2. La masse sismique 8 peut être unique et se présenter sous forme d'anneaux 30 entourant la deuxième bague 6 ou être constituée de plusieurs éléments également répartis sur la circonférence de la 2907529 -6 deuxième bague 6. Lorsque la masse sismique 8 est constituée de plusieurs éléments, on obtient un allègement de la poulie, ce qui diminue l'inertie du moteur par la réduction de la masse des éléments en rotation. 5 Cette masse 8 est solidarisée à la deuxième bague 6 par l'intermédiaire d'un élément élastique d'amortissement 9 qui peut se présenter en anneau ou en autant d'éléments que de masses sismiques 8 à fixer. L'ensemble constitué de l'élément primaire, de la masse sismique 8 et de l'élément élastique 10 d'amortissement 9 constituent un premier étage d'amortissement des vibrations de torsion de l'arbre moteur. L'inertie procurée par la masse sismique 8 et les propriétés élastiques de l'élément élastique d'amortissement 9 sont adaptées aux caractéristiques de l'arbre moteur sur lequel est 15 monté cet ensemble. Plus particulièrement, ce moyen élastique 9 peut être en élastomère ou toute matière présentant les caractéristiques requises pour amortir les vibrations du moteur. L'élément secondaire 3 comporte une première bague 10 et une seconde bague 11 s'étendant selon une direction 20 sensiblement parallèle à l'axe M à une distance radiale D2 de la première bague 10 et une flasque 12 s'étendant selon une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe M qui lie deux extrémités des bagues de révolution 10, 11 situées sur un même plan radial de la poulie 1. La flasque 12 a une longueur 25 sensiblement égale à la distance radiale D2. La distance radiale D2 formée entre les deux bagues 10, 11 de l'élément secondaire 3 est adaptée à recevoir l'étage d'amortissement des vibrations de torsion de l'arbre moteur. La deuxième bague 1 1 peut être venue de matière avec l a jante 4 de poulie, c'est- 30 à-dire que cette deuxième bague 1 1 peut constituer la jante 4. 2907529 - 7 Un deuxième étage d'amortissement des vibrations du moteur et plus particulièrement de filtration des irrégularités cycliques de l'arbre moteur est disposé entre la face externe de la première bague 5 de l'élément primaire et la face interne de 5 la première bague 10 de l'élément secondaire. Cet étage d'amortissement peut comporter une paire de coquilles, une première interne 14 et une deuxième externe 15 formant un espace à l'intérieur duquel est disposé un élément filtrant 16. Cet élément filtrant 16 peut être de l'élastomère et peut y être 10 disposé en procédant par une injection de matière élastique entre les deux coquilles 14, 15. Une fois l'étage d'amortissement positionné dans la poulie 1, entre les premières bagues de l'élément primaire 5 et de l'élément secondaire 10, l'élément filtrant 16 est monté en compression 15 afin d'augmenter sa longévité. Selon l'invention, cette compression est réalisée de façon uniforme à travers l'élément filtrant 16 grâce au dispositif et au procédé qui seront décrits plus loin dans cette description en relation avec les figures 3 et 4. 20 Au moins un palier de friction 17, est disposé entre les éléments constitutifs des étages d'amortissement. Le palier de friction 17 peut être disposé entre la face externe de la première bague 10 de l'élément secondaire 3 et la face interne de la deuxième bague 6 de l'élément primaire 2. Ce palier de 25 friction 17 a pour fonction d'apporter un amortissement supplémentaire par friction au premier étage d'amortissement des vibrations de l'arbre moteur en torsion. On obtient ainsi une amélioration de l'amortissement du mode propre de torsion de l'arbre moteur. D'autres dispositions de ce palier de friction 17 30 sont envisagées, comme entre la face externe de la masse sismique 8 et la face interne de la deuxième bague 11 de 2907529 -8 l'élément secondaire 3, ou bien entre la flasque 12 de l'élément secondaire 3 et les extrémités affleurantes de la masse sismique 8, du moyen élastique d'amortissement 9 et de la deuxième bague 6 de l'élément primaire 2. 5 En se reportant à la figure 2, on observe la poulie d'entraînement d'équipement 1 suivant la direction A, selon un mode de réalisation dans lequel la poulie 1 comporte quatre paires de coquilles 14, 15. En partant de l'extérieur, on observe la flasque 12 de l'élément secondaire 3, et tout au centre on 10 observe la première bague 5 de l'élément primaire 2. Entre ces deux éléments sont disposés les paires de coquilles 14, 15 ainsi que l'élément filtrant 16, qui est soumis à une compression uniforme. On obtient ainsi une durée de vie de cet étage filtrant augmentée, ce qui concourre à augmenter la 15 longévité de l'ensemble de la poulie 1 la rendant adaptée à une utilisation avec les moteurs modernes. Les figures 3 et 4 illustrent la mise en compression de l'élément filtrant 16 selon un mode de réalisation dans lequel le deuxième étage d'amortissement comporte deux paires de 20 coquilles 14, 15. On définit une distance inter-pièces par la distance séparant la face externe de la première bague 5 de l'élément primaire 2 et la face interne de la première bague 10 de l'élément secondaire 3 entre lesquelles le second étage 25 d'amortissement prend place et une distance inter-coquille par la distance séparant la première coquille interne 14 et la deuxième coquille externe 15 avant le montage dans la poulie 1. La figure 3 représente les paires de coquilles 14, 15 30 dans lesquelles est disposé l'élément filtrant 16 avant qu'il ne soit positionné dans la poulie 1. Avant le positionnement dans 2907529 -9 la poulie 1, la distance inter-coquille est supérieure à la distance inter-pièces et les centres des paires coquilles 14, 15 qui forment des arcs de cercle sont distincts. A la figure 4, les paires de coquilles 14, 15 sont 5 représentées telles qu'elles sont après assemblage dans la poulie 1. On observe la réduction de la distance inter-coquille par rapport à la situation représentée à la figure 3 ainsi que la réunion des extrémités des paires de coquilles 14, 15 qui viennent en contact l'une avec l'autre. On observe aussi 10 qu'après assemblage, les centres des paires de coquilles 14, 15 se superposent. Le rapport entre la distance inter-pièces et la distance inter-coquille avant montage conditionne le taux de compression de l'élément filtrant 16. Pour une distance inter- 15 pièces déterminée, plus on augmente la distance inter-coquille avant montage, et plus le taux de compression dans l'élément filtrant 16 augmente après que celui-ci soit monté dans la poulie 1. On choisit le taux de compression en fonction du niveau 20 de sollicitations que la pièce doit endurer en fonctionnement moteur, ce qui revient à choisir le rapport entre la distance inter-pièces et la distance inter-coquille avant montage. Cependant, à partir d'un certain taux de compression, on assiste à un auto échauffement de l'élément filtrant 16 qui a 25 pour conséquence de réduire sa longévité. Il en résulte qu'un compromis sur ce rapport de distances doit être trouvé pour ne pas dégrader le gain apporté par la précontrainte par un auto échauffement de l'élément filtrant 16 si celui-ci est trop contraint. 30 Il est donc en cela intéressant de contraindre l'élément filtrant 16 au plus proche de cette valeur limite, ce qui impose 2907529 - 10 - de compresser celui-ci le plus uniformément possible afin que d'éviter des auto échauffements locaux. Pour s'assurer d'une meilleure uniformité de la compression, le design de l'élastomère lors de l'injection à l'intérieur des coquilles doit 5 prendre en compte l'opération finale de compression. L'élément filtrant 16 est donc disposé dans les paires de coquilles 14, 15 avec un profil afin que celui-ci se retrouve à isocontrainte après assemblage de la poulie 1 et que la raideur finale de la pièce corresponde à celle souhaitée. 10 Selon une variante de l'invention, la réduction de la distance inter-coquille à la valeur de la distance inter-pièces peut être obtenue par frettage des paires de coquilles 14, 15 avec la première bague 5 de l'élément primaire 2 et la première bague 10 de l'élément secondaire 3. 15 REVENDICATIONS 1) Poulie d'entraînement d'équipement filtrante (1) comprenant un élément filtrant (16) maintenu entre deux surfaces (5, 10) d'appui concentriques caractérisé en ce que l'élément filtrant (16) est disposé à l'intérieur d'un ensemble de coquilles mobiles (14, 15) définissant un logement qui comprime l'élément filtrant (16) entre les surfaces d'appui (5, 10). 2) Poulie d'entraînement d'équipement filtrante (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément filtrant (16) présente un profil permettant de répartir les contraintes subies uniformément lorsque cet élément (16) est comprimé entre les surfaces d'appui (5, 10). 3) Poulie d'entraînement d'équipement filtrante (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'insertion des coquilles mobiles (14, 15) est obtenu par frettage entre les surfaces d'appui (5, 10). 4) Poulie d'entraînement d'équipement filtrante (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément filtrant (16) est un élastomère. 5) Poulie d'entraînement d'équipement filtrante (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément filtrant (16) est obtenu par injection d'un 2907529 - 12 - élastomère dans le logement défini par l'ensemble de coquilles mobiles (14, 15). 6) Procédé d'assemblage d'une poulie (1) suivant l'une 5 quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'on dispose un élément filtrant (16) à l'intérieur d'un ensemble de coquilles mobiles (14, 15), puis on comprime l'élément filtrant (16) en disposant l'ensemble de coquilles (14, 15) entre les surfaces d'appui (5, 10). 10 7) Procédé d'assemblage d'une poulie (1) suivant la revendication 6 caractérisé en ce que l'on frette l'ensemble de coquilles (14, 15) entre les surfaces d'appui (5, 10) pour comprimer l'élément filtrant (16). 15 8) Procédé d'assemblage d'une poulie (1) suivant l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que l'on injecte, à l'intérieur des coquilles (14, 15), l'élément filtrant (16) avec un profil apte à réaliser une isocontrainte de l'élément filtrant (16) 20 après montage de celui-ci dans la poulie (1). 9) Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une poulie d'entraînement d'équipement filtrante (1) fixée en bout d'arbre moteur selon l'une des revendications 1 à 25 5.