Brevet FR2900703A1 — publié le 20071109

DISPOSITIF DE LIAISON ENTRE UN VILEBREQUIN ET DES BIELLES [0001] L'invention se rapporte à un dispositif de liaison entre un vilebrequin et des bielles disposés dans un moteur de véhicule automobile, comprenant des roulements interposés entre les manetons dudit vilebrequin et les bielles qui les relient, afin de limiter les pertes d'énergie par frottements entre lesdits éléments. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un dispositif de liaison entre un vilebrequin et des bielles et dont les roulements sont modulables grâce à un dimensionnement optimisé des pièces impliquées. Pour une meilleure compréhension de la description qui va suivre, les termes organes de roulement et organes roulants sont équivalents et désignent, lorsqu'ils ne sont spécifiés, des aiguilles, des rouleaux, des billes ou tout autre élément apte à rouler. [0002] Des dispositifs de liaison entre un vilebrequin et des bielles, impliquant des roulements pour favoriser la rotation desdites bielles autour des manetons dudit vilebrequin, existent déjà et ont fait l'objet de brevets. On peut citer, par exemple, les brevet US506388 1 et WO 90/12202 qui décrivent un vilebrequin avec des roulements insérés entre les manetons et les bielles pour faciliter la rotation desdites bielles autour desdits manetons. Ces brevets divulguent des roulements de format standard, mais ils ne décrivent aucune solution permettant de moduler lesdits roulements pour les adapter à une configuration donnée. [0003] Les dispositifs de liaison selon l'invention mettent en jeu des roulements rendus modulables par la mise en place d'une piste extérieure de faible épaisseur, permettant de libérer de l'espace au sein desdits roulements pour ajuster la taille des organes roulants, soit vis-à-vis d'un encombrement donné, soit vis-à-vis d'une sollicitation donnée. En particulier, le volume gagné sur l'épaisseur de la piste extérieure des roulements peut être exploité pour augmenter la taille des organes roulants et ainsi accroître significativement leur durée de vie. [0004] La présente invention a pour objet un dispositif de liaison entre un vilebrequin et des bielles, comprenant des roulements interposés entre lesdites bielles et les manetons dudit vilebrequin, afin de limiter les pertes par frottements entre lesdits éléments, caractérisé en ce que les roulements comprennent au moins une cage contenant des organes de roulement et une piste extérieure constituée par une tôle emboutie de faible épaisseur. Une tôle de faible épaisseur signifie que la tôle a une épaisseur inférieure à 1,2mm. De façon plus précise, chaque cage entoure un maneton du vilebrequin, tandis que la piste extérieure de ladite cage est au contact de la surface latérale interne de la tête de bielle. [0005] Avantageusement, la cage est constituée de deux pièces complémentaires qui, 10 couplées l'une à l'autre, définissent un objet de forme sensiblement cylindrique. [0006] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les deux pièces complémentaires sont identiques et de forme hémicylindrique. Ainsi, la cage présente un caractère symétrique marqué, permettant de garantir une bonne tenue mécanique des roulements vis-à-vis de contraintes extérieures élevées. 15 [0007] De façon préférentielle, la tôle se divise en deux parties embouties et de forme complémentaire qui, mises au contact l'une de l'autre, constituent une piste extérieure annulaire quasi continue. De façon avantageuse, les deux parties sont identiques et se présentent chacune sous la forme d'une pièce hémicylindrique. [0008] De façon avantageuse, les deux parties sont identiques et se présentent chacune 20 sous la forme d'une pièce hémicylindrique. [0009] De façon préférentielle, chaque partie possède une extrémité mâle et une extrémité femelle, ladite extrémité mâle d'une partie étant apte à venir s'emboîter idéalement dans l'extrémité femelle de l'autre partie. Selon une variante préférée de l'invention, l'extrémité mâle présente une forme triangulaire. L'extrémité femelle 25 comporte, quant à elle, un évidement triangulaire ayant la même forme et les mêmes dimensions que l'extrémité mâle triangulaire. Pour cette configuration particulière où les extrémités sont en forme de chevrons, le terme emboîter signifie que l'extrémité mâle triangulaire vient se loger dans l'évidement de l'extrémité femelle, en demeurant à son contact. Des extrémités complémentaires de forme arrondie peuvent également convenir. [0010] Avantageusement, l'épaisseur de la tôle est comprise entre 1,2 mm et 0,8 mm. Selon une variante préférée de l'invention, l'épaisseur de la tôle est égale à 1 mm. [0011] Préférentiellement, la tôle a subi un traitement thermique pour accroître sa dureté. Ledit traitement thermique peut, par exemple, être réalisé par carbonitruration. [0012] De façon avantageuse, la tôle présente une dureté plus importante au niveau de ses surfaces qu'au niveau de son coeur afin que ladite tôle conserve une certaine aptitude à la déformation plastique. L'utilisation d'une tôle de dureté élevée est particulièrement recherchée dans le cas où les bielles sont constituées par un matériau relativement mou. En effet, les pressions de contact générées par les éléments roulants sur la bielle sont très élevées et risqueraient d'endommager rapidement l'état de surface de la tête de ladite bielle. [0013] Avantageusement, chaque bielle présente un corps terminé par un demi-alésage et un chapeau comportant également un demi-alésage, et chacune des parties de la tôle emboutie est frettée à l'intérieur de chaque demi-alésage. Le chapeau est apte à se fixer sur ledit corps en enserrant un maneton, et les surfaces de contact du corps et du chapeau définissent ainsi un plan de joint. De cette manière, chacune des parties de la tôle peut ainsi être préalablement installées dans les demi-alésages du corps et du chapeau de chaque bielle, et une fois que la cage a été placée autour du maneton, le corps et le chapeau de ladite bielle viennent enserrer ladite cage en mettant en contact l'une de l'autre, chacune des deux parties de la tôle pour constituer une piste annulaire de faible épaisseur, quasi continue. [0014] De façon avantageuse, chaque partie de la tôle est frettée dans chaque demi-alésage, en position décalée. En position décalée signifie que chaque partie de la tôle possède une extrémité qui émerge du demi-alésage et l'autre extrémité qui reste en retrait dudit demi-alésage. Ce décalage des deux parties de la tôle dans les demi-alésages est souhaitable, pour réduire la déformation desdites parties au niveau du plan de joint du corps et du chapeau de la bielle, et pour éviter la création d'une marche au niveau dudit plan, qui constituerait un facteur important d'endommagement du roulement. Idéalement, l'écart angulaire entre le centre du demi-alésage et le centre de la partie de la tôle placée au fond dudit alésage, est voisin de 15 degrés. [0015] De façon préférentielle, les organes de roulement sont constitués par des rouleaux répartis de façon homogène dans la cage. [0016] Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, la piste intérieure de chaque cage est constituée par la surface externe de chaque maneton autour duquel est placée ladite cage, permettant ainsi aux rouleaux de rouler directement sur ladite surface externe. [0017] Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, la piste intérieure de chaque cage est constituée par une tôle emboutie de faible épaisseur. Ainsi, ladite tôle est destinée à être insérée entre les manetons et chaque cage de roulement. De cette manière, en interposant une piste ayant subie un traitement thermique pour augmenter sa dureté en surface, les pressions de contact appliquées par les rouleaux sur chaque maneton, seront moins élevées et ne nécessiteront plus de traiter thermiquement la surface dudit maneton pour accroître sa dureté. De façon préférentielle, la tôle emboutie constituant la piste intérieure de chaque cage a les mêmes caractéristiques constitutives et dimensionnelles que celles de la tôle emboutie constituant la piste extérieure de chaque cage et venant au contact de la bielle. Seul leur diamètre diffère. [0018] De façon avantageuse, les cages sont en plastique. De cette manière, lesdites cages sont de masse réduite et peuvent être facilement manipulées pour être intégrées dans des espaces confinés et peu accessibles. [0019] De façon préférentielle, chaque partie emboutie possède un ergot anti-rotation. De façon plus précise, chacun des demi-alésages du corps et du chapeau de la bielle, possède en son centre un orifice destiné à recevoir l'ergot de l'une des deux parties de la tôle emboutie qui aura été préalablement frettée dans ledit demi-alésage. Ainsi, les parties de la tôle ne peuvent pas se déplacer en rotation dans les demi-alésages. [0020] Préférentiellement, l'ergot est en position excentrée sur chacune des parties de la tôle, de façon à introduire l'écart angulaire souhaitable entre le demi-alésage et la partie de la tôle emboutie frettée dans ledit demi-alésage, l'intérêt dudit écart ayant été précisé ci-avant. [0021] Préférentiellement, le corps de chaque bielle présente une partie évasée se terminant par la tête de bielle. Ledit évasement permet d'améliorer la répartition des efforts au niveau de ladite tête et garantit donc un meilleur comportement des roulements. [0022] De façon avantageuse, la tête de chaque bielle comporte sur sa circonférence une pluralité d'encoches de ventilation, constituant chacune un passage pour un lubrifiant. Lesdites encoches vont ainsi contribuer à faire circuler ledit lubrifiant vers la cage de roulement insérée dans la tête de bielle. [0023] De façon préférentielle, le chapeau de chaque bielle comprend une fente de ventilation destinée à favoriser la lubrification de la cage. En effet, ladite fente constitue un passage supplémentaire de circulation de lubrifiant vers la cage. [0024] Avantageusement, le corps et le chapeau de bielle ont des surfaces de contact avec des reliefs complémentaires, leur permettant de s'emboîter idéalement l'une dans l'autre, et faisant apparaître une pièce résultante, en l'occurrence la bielle, avec un contour lisse et continu. Une telle liaison permet d'assurer un positionnement parfait d'une surface par rapport à l'autre. Pour obtenir des surfaces parfaitement complémentaires, les bielles sont cassées ou fracturées, faisant apparaître alors des surfaces au relief aléatoire. Une autre façon d'obtenir un parfait alignement entre le corps et le chapeau de la bielle au moment du remontage, est l'utilisation d'un pion de centrage reliant ledit chapeau audit corps. Pour cette configuration, les surfaces de contact sont planes, et ledit pion traverse perpendiculairement lesdites surfaces en se logeant dans deux trous borgnes se faisant face, dont l'un est réalisé dans le corps, et l'autre est réalisé dans le chapeau. [0025] L'invention porte également sur un moteur à combustion interne comprenant un dispositif de liaison selon l'invention. [0026] Les dispositifs de liaison selon l'invention présentent l'avantage de comporter des roulements faciles à mettre en oeuvre, autonomes, de conception légère et impliquant un nombre restreint de pièces. De plus, lesdits dispositifs ont l'avantage de mettre en oeuvre des roulements pouvant être insérés facilement dans des espaces confinés, en raison de l'utilisation d'une piste extérieure de faible épaisseur et indépendante des cages de roulement. En effet, la piste peut être installée préalablement sur les bielles. [0027] On donne ci-après une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un dispositif de liaison selon l'invention en se référant aux figures 1 à 6. La figure 1 est une vue de face d'un vilebrequin dont les manetons sont montés sur 10 roulements. La figure 2 est une vue en perspective d'une cage mise en oeuvre dans un système de montage selon l'invention. La figure 3 est une vue en perspective d'une tôle emboutie entourant une cage. La figure 4 est une vue en perspective de la cage de la figure 2 entourée par la tôle 15 emboutie de la figure 3. La figure 5 est une vue en perspective de la cage de la figure 4 à laquelle a été ajoutée une piste intérieure sous la forme d'une tôle emboutie. La figure 6 est une vue éclatée d'un système de montage selon l'invention montrant une portion de vilebrequin, une cage de roulement avec les éléments roulants et une tôle 20 emboutie extérieure. La figure 7 est une vue de face d'une bielle adaptée au dispositif de liaison selon l'invention. La figure 8 est une vue latérale en coupe de la tête d'une bielle adaptée à un dispositif de liaison selon l'invention. La figure 9 est une vue latérale en coupe de la tête d'une bielle munie d'un pion de centrage. [0028] En se référant à la figure 1, un dispositif de liaison entre un vilebrequin 1 et des bielles, met en oeuvre des roulements 2 positionnés autour des manetons du vilebrequin 1. Ledit vilebrequin 1 comporte au total cinq tourillons 3 encadrant quatre manetons 4 sur chacun desquels est fixée en rotation une bielle (non représentée). Les cinq tourillons 3 sont des pièces cylindriques, identiques et alignées les unes derrière les autres. Ils définissent les tronçons d'un arbre autour duquel le vilebrequin va tourner dans le carter et dans le bloc-moteur. Chaque maneton 4 se présente sous la forme d'une pièce cylindrique reliant deux bras 5 solidaires chacun d'un tourillon 3. [0029] En se référant à la figure 2, chaque roulement 2 comprend une cage 6 de roulement ayant une forme cylindrique et résultant de l'agencement de deux parties complémentaires hémicylindriques 7. Lesdites parties 7 possèdent chacune une paroi latérale 8 ajourée, comportant neuf alvéoles rectangulaires dont le grand axe est parallèle à l'axe de révolution de ladite cage 6 cylindrique. Lesdites alvéoles sont donc parallèles entre elles et sont régulièrement espacées autour de la paroi latérale 8 de la cage 6. A l'intérieur de chaque alvéole est logé un rouleau 9 cylindrique, apte à tourner autour de son axe de révolution. Le diamètre de chaque rouleau 9 est supérieur à l'épaisseur de la paroi latérale 8 de la cage 6, de sorte que lesdits rouleaux 9 émergent de part et d'autre de ladite paroi latérale 8, et peuvent donc rouler à la fois sur une surface venant à leur contact à l'intérieur de la cage 6 et sur une surface venant à leur contact à l'extérieur de ladite cage 6. La cage 6 est en matière plastique et s'insère autour de chaque maneton 4 en mettant au contact l'une de l'autre, les deux pièces 7 complémentaires constitutives de ladite cage 6. [0030] En se référant aux figures 3 et 4, chaque cage 6 comprend une piste extérieure sous la forme d'une tôle emboutie 10, dont l'épaisseur est de 1 mm, et présentant deux parties 11 identiques et complémentaires l'une de l'autre, chaque partie 11 ayant la forme d'une bande hémicylindrique. De cette manière, chaque partie 11 présente une surface interne dirigée vers le centre fictif du demi cercle autour duquel elle s'inscrit, et une surface externe. Chacune desdites parties 11 possède une extrémité mâle 12 pointue et de forme triangulaire, et une extrémité femelle 13 présentant un évidement triangulaire ayant la même forme et les mêmes dimensions que l'extrémité mâle 12. Lorsque les deux parties 11 sont mises au contact l'une de l'autre, chaque extrémité mâle 12 vient se placer idéalement dans l'extrémité femelle 13 de l'autre partie 11 pour définir une piste extérieure annulaire quasi continue. Les deux parties 11 identiques de la tôle emboutie 10 ont subi un traitement thermique de carbonitruration sur leurs deux surfaces, afin d'augmenter la dureté desdites surfaces, alors que le coeur desdites parties 11 est maintenu moins dur pour conférer auxdites parties un certain caractère de malléabilité. La figure 4 montre un roulement 2 complet d'un système de montage selon l'invention, et mis en oeuvre autour des manetons 4 du vilebrequin 1. Ledit roulement 2 inclut la cage 6 en deux parties 7, les rouleaux 9 et la piste extérieure constituée par la tôle emboutie 10 en deux parties 11. Chacune des deux parties 11 de la tôle emboutie 10 comporte sur sa surface externe un ergot 14 anti-rotation. [0031] En se référant à la figure 5, un deuxième mode de réalisation préféré d'un roulement 2 d'un système de montage selon l'invention met en jeu une piste 18 intérieure de roulement placée à l'intérieur de la cage 6 et constituée aussi d'une tôle emboutie. Ladite piste intérieure 18 de roulement peut avoir les mêmes caractéristiques constitutives et géométriques que celles de la piste extérieure 10 de roulement. De cette manière, les rouleaux 9 de la cage sont au contact à la fois de la piste intérieure 18 et de la piste extérieure 10. [0032] En se référant à la figure 6, le corps 16 et le chapeau 17 de la bielle comportent chacun un demi-alésage 15, ledit corps 16 et ledit chapeau 17 étant destinés à se fixer l'un à l'autre pour former un alésage complet enserrant un maneton 4. Chacune des deux parties 11 de la tôle emboutie 10 comporte sur sa surface externe un ergot 14 anti-rotation apte à pénétrer dans un orifice pratiqué au fond du demi-alésage 15 du corps 16 de la bielle et du demi-alésage 15 du chapeau 17 de la bielle. Le dispositif de liaison selon l'invention, d'un vilebrequin) dans le carter s'effectue en respectant les étapes suivantes. Les deux parties 7 complémentaires de la cage 6 munie de rouleaux 9 sont placées de part et d'autre du maneton 4, puis sont mises au contact l'une de l'autre en entourant ledit maneton 4. Les deux parties 11 de la tôle 10 sont frettées dans le demi-alésage 15 du corps 16 de la bielle et dans le demi-alésage 15 du chapeau 17 de la bielle, en position tête-bêche l'une par rapport à l'autre. Le frettage desdites parties 11 dans lesdits demi-alésages 15 est facilité par l'ergot 14 anti-rotation qui sert, pour l'occasion, de guide de positionnement. Le chapeau 16 de la bielle est alors vissé dans le corps 16 de ladite bielle en enserrant le maneton 4 autour duquel a été placée chacune des parties 7 complémentaires de la cage 5. Les deux parties 11 de la tôle 10 emboutie s'emboîtent alors l'une dans l'autre, pour former une piste extérieure quasi continue venant étroitement au contact de la cage 5. Les plans de joint entre lesdites parties 11 de la tôle 10 et les plans de joint entre le chapeau 17 et le corps 16 de la bielle sont décalés. Les surfaces de roulement des rouleaux 9 sont constituées par la tôle emboutie 10 et par la surface latérale externe du maneton 4. Cette opération est répétée pour chaque maneton 4. 3] En se référant à la figure 7, une bielle 19 particulièrement adaptée à un dispositif de liaison selon l'invention, comprend un pied 20, un corps 16 et un chapeau 17, ledit corps 16 présentant un évasement progressif allant dudit pied 20 jusqu'au chapeau 17. De façon plus précise, le corps 16 comporte une première partie 21 sensiblement rectiligne, de largeur réduite et prenant naissance au niveau du pied 20. Cette première partie 21 est prolongée par une deuxième partie 22 présentant une forme progressivement divergente et débouchant sur la tête 21 de bielle 19. Cette forme particulière du corps 16 permet de mieux répartir les efforts au niveau de la tête 21 de bielle 19, et permet donc d'améliorer les conditions de fonctionnement des roulements 2. La tête 30 de bielle 19 qui est la partie contenant l'alésage 23, comporte sur sa circonférence une pluralité d'encoches 24 de ventilation, constituant chacune un passage pour un fluide lubrifiant comme, par exemple, de l'huile. En effet, il est nécessaire de lubrifier de manière abondante et permanente, les cages 6 de roulement du dispositif de liaison selon l'invention, puisque lesdites cages 6 sont soumises à de fortes contraintes mécaniques dans un espace confiné. Pour accroître le potentiel du circuit de lubrification des roulements 2, une arrivée supplémentaire d'huile a été créée au niveau du chapeau 17 de la bielle 17, sous la forme d'une fente 25 de ventilation, ladite fente 25 étant placée dans la paroi 26 latérale interne de la tête 21, dans une position qui est diamétralement opposée à l'implantation de la partie la plus évasée du corps 16 sur ladite tête 21. REVENDICATIONS 1. Dispositif de liaison entre un vilebrequin(1) et des bielles, comprenant des roulements (2) interposés entre lesdites bielles (19) et les manetons (4) dudit vilebrequin (1), afin de limiter les pertes par frottements entre lesdits éléments (4,19), caractérisé en ce que les roulements (2) comprennent au moins une cage(6) contenant des organes de roulement (9) et une piste extérieure (10) constituée par une tôle emboutie de faible épaisseur. 2. Dispositif de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage est constituée de deux pièces complémentaires (7) qui, couplées l'une à l'autre, définissent un objet de forme cylindrique. 3. Dispositif de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tôle (10) se divise en deux parties (11) embouties et de forme complémentaire qui, mises au contact l'une de l'autre, constituent une piste extérieure annulaire quasi continue. 4. Dispositif de liaison selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux parties (11) sont identiques et se présentent chacune sous la forme d'une pièce hémicylindrique. 5. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque partie (11) possède une extrémité mâle (12) et une extrémité femelle (13), ladite extrémité mâle (12) d'une partie (11) étant apte à venir s'emboîter idéalement dans l'extrémité femelle (13) de l'autre partie (11). 6. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la tôle (10,11) est comprise entre 0,8 mm et 1,2 mm. 7. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tôle (10,11) a subi un traitement thermique pour accroître sa dureté. 8. Dispositif de liaison selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tôle (10,11) présente une dureté plus importante au niveau de ses surfaces qu'au niveau de son coeur. 9. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que chaque bielle (19) présente un corps (16) terminé par un demi-alésage et un chapeau (17) comportant également un demi-alésage, et chacune des parties (11) de la tôle emboutie (10) est frettée à l'intérieur de chaque demi-alésage. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque partie (11) de la tôle (10) est frettée dans chaque demi-alésage, en position décalée. 11. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les organes de roulement sont constitués par des rouleaux (9) répartis de façon homogène dans la cage (6) . 12. Dispositif de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la piste intérieure de chaque cage est constituée par la surface externe de chaque maneton (4) autour est placée ladite cage (6). 13. Dispositif de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que la piste intérieure de chaque cage est constituée par une tôle emboutie (10) de faible épaisseur. 14. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cages (6) sont en plastique. 15. Dispositif de liaison selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque partie (11) emboutie possède un ergot (14) anti-rotation. 16. Dispositif de liaison selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'ergot (14) est en position excentrée sur chacune des parties (11) de la tôle (10). 17. Dispositif de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (16) de chaque bielle (19) présente une partie évasée (22) se terminant par la tête (30) de la bielle (19). 18. Dispositif de liaison selon la revendication 17, caractérisé en ce que la tête (30) de chaque bielle (19) comporte sur sa circonférence une pluralité d'encoches (24) de ventilation, constituant chacune un passage pour un fluide lubrifiant. 19. Dispositif de liaison selon la revendication 18, caractérisé en ce que le chapeau 5 (17) de chaque bielle (19) comprend une fente (25) de ventilation destinée à favoriser la lubrification de la cage (6). 20. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que le corps (16) et le chapeau (17) de la bielle (19) ont des surfaces de contact avec des reliefs complémentaires, leur permettant de s'emboîter 10 idéalement l'une dans l'autre. 21. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de liaison conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.