Brevet FR2900702A1 — publié le 20071109

SYSTEME DE MONTAGE D'UN VILEBREQUIN MONTE SUR DES ROULEMENTS [0001] L'invention se rapporte à un système de montage d'un vilebrequin entre le carter et le bloc-moteur d'un moteur de véhicule automobile, ledit système impliquant des roulements afin de limiter les pertes d'énergie par friction entre ledit vilebrequin et les paliers de soutien dudit carter et dudit bloc-moteur. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un système de montage d'un vilebrequin entre le carter et le bloc-moteur d'un moteur 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, quand ils ne sont pas précisés, des aiguilles, des rouleaux, des billes ou tout autre élément apte à rouler. [0002] Des systèmes de montage de vilebrequins montés sur des roulements existent déjà et ont fait l'objet de brevets. On peut citer, par exemple, le brevet US5019118 qui décrit un système de montage d'un vilebrequin dont les tourillons sont montés sur des roulements à billes ayant des caractéristiques usuelles, lesdits roulements permettant de réduire les pertes par frottements occasionnés par le contact des paliers de soutien du carter et du bloc-moteur contre le vilebrequin. Ce brevet divulgue des roulements de format standard, mais il ne décrit aucune solution permettant de moduler lesdits roulements pour les adapter à une situation donnée. 3] Un système de montage d'un vilebrequin selon l'invention met en jeu des roulements rendus modulables par la mise en place d'une piste extérieure de faible épaisseur, permettant de libérer de l'espace 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 le volume des organes roulants et ainsi accroître significativement leur durée de vie. [0004] La présente invention a pour objet un système de montage d'un vilebrequin entre le carter et le bloc-moteur d'un moteur de véhicule automobile, comprenant des roulements placés autour des tourillons dudit vilebrequin afin de limiter les pertes par frottements entre ledit vilebrequin et des paliers de soutien du carter et du bloc-moteur , 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. Le vilebrequin est soutenu au niveau de chacun de ses tourillons par un palier de soutien du carter et un palier de soutien du bloc-moteur, lesdits paliers étant aptes à se fixer l'un à l'autre autour dudit tourillon, leur surface de contact définissant un plan de joint. 5] Avantageusement, la cage est constituée de deux pièces complémentaires qui, 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. 7] 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. 8] 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 est triangulaire. L'extrémité femelle comporte, quant à elle, un évidement triangulaire ayant la même forme et les mêmes dimensions que l'extrémité mâle triangulaire. Pour cette configuration 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. [0009] 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. [0010] Préférentiellement, la tôle a subi un traitement thermique pour accroître sa dureté. Ledit traitement thermique peut, par exemple, être réalisé par carbonitruration. [0011] 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 paliers du carter et du bloc-moteur sont constitués par un matériau mou comme, par exemple, de l'aluminium. En effet, les pressions de contact générées par les éléments roulants sur lesdits paliers sont très élevées et risqueraient d'endommager rapidement l'état de surface desdits paliers de soutien. [0012] Avantageusement, chaque palier de soutien du carter et chaque palier de soutien du bloc-moteur comprennent un demi- alésage, ledit palier du carter étant apte à se fixer sur palier de soutien du bloc-moteur en enserrant un tourillon. Les surfaces de contact des deux paliers autour du tourillon définissent ainsi un plan de joint. Chacune des parties de la tôle emboutie est frettée à l'intérieur desdits demi- alésages. De cette manière, chacune des parties de la tôle peut ainsi être préalablement installée dans les paliers de soutien, et, une fois que la cage a été placée autour du tourillon, lesdits paliers 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. [0013] Préférentiellement, 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 des deux paliers de soutien, et pour éviter la création d'une marche au niveau dudit plan, qui constituerait un facteur important d'endommagement des deux parties de la tôle. 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. [0014] De façon préférentielle, les organes de roulement sont constitués par des rouleaux 5 répartis de façon homogène dans la cage. [0015] Selon un premier mode de réalisation préféré de l'invention, la piste intérieure de chaque cage est constituée par la surface externe de chaque tourillon autour duquel est placée ladite cage, permettant ainsi aux rouleaux de rouler directement sur ladite surface externe. 10 [0016] 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 le tourillon et la 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 tourillon, seront 15 moins élevées et ne nécessiteront plus de traiter thermiquement la surface dudit tourillon pour accroître sa dureté. De façon préférentielle, la tôle emboutie constituant la piste intérieure de chaque cage a les mêmes caractéristiques constitutives et géométriques que celles de la tôle emboutie constituant la piste extérieure de chaque cage. Seuls leurs diamètres diffèrent. 20 [0017] 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. 8] De façon préférentielle, chaque partie emboutie possède un ergot anti-rotation. De façon plus précise, chacun des demi-alésages des paliers de soutien du carter et du bloc- 25 moteur, 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. [0019] 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. [0020] L'invention porte également sur un moteur à combustion interne comprenant un système de montage selon l'invention. [0021] Les systèmes de montage 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 systèmes 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 préalablement frettée sur les paliers du carter et du bloc-moteur. [0022] On donne ci-après une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un 15 système de montage selon l'invention en se référant aux figures 1 à 6. • La figure 1 est une vue de face d'un vilebrequin dont les tourillons sont montés sur roulements. • La figure 2 est une vue en perspective d'une cage mise en oeuvre dans un système de montage selon l'invention. 20 • 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 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 emboutie extérieure. [0023] En se référant à la figure 1, un système de montage d'un vilebrequin 1 entre le carter et le bloc-moteur d'un moteur de véhicule automobile, met en oeuvre des roulements 2 positionnés autour des tourillons 3 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 tourillon 3 comporte deux rebords 5 périphériques, circulaires et situées dans des plans parallèles. Lesdits rebords 5 délimitent une gorge circulaire dans laquelle vient se poser les roulements 2. [0024] 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 tourillon 3 en mettant au contact l'une de l'autre, les deux pièces 7 complémentaires constitutives de ladite cage 6. [0025] 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 tourillons 3 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. [0026] 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. 7] En se référant à la figure 6, un palier de soutien 16 du carter et un palier de soutien 17 du bloc-moteur comprennent chacun un demi-alésage 15, lesdits paliers 16,17 étant destinés à se fixer l'un à l'autre pour former un alésage complet, enserrant un tourillon 3. 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 16 du palier 16 de soutien du carter et du palier 17 de soutien du bloc-moteur. 8] Le système de montage, 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 tourillon 3, puis sont mises au contact l'une de l'autre en entourant ledit tourillon 3. Le tourillon 3 du vilebrequin 1 est alors placé dans le demi-alésage 15 du palier 16 de soutien du carter, au fond duquel a été préalablement frettée une partie 11 de la tôle emboutie 10, dans une position imposée par l'ergot 14 anti-rotation servant pour l'occasion de guide de positionnement. Dans cette configuration, ladite partie 11, qui tient lieu de piste extérieure de roulement, vient au contact de la cage 6. L'ultime étape du montage consiste à venir fixer sur le palier 16 du carter, l'autre palier 17 du bloc-cylindre, après avoir préalablement frettée dans le demi-alésage 15 dudit palier 17 du bloc-moteur, l'autre partie 11 de la tôle emboutie 10, en position tête-bêche par rapport à la partie 11 frettée dans le palier 16 de soutien. De cette manière, le palier 16 de soutien du carter et le palier 17 de soutien du bloc-moteur, une fois fixés l'un à l'autre, enserrent les deux parties 11 complémentaires de la tôle emboutie 10 pour maintenir lesdites parties 11 en contact étroit avec la paroi externe de la cage 6 de roulement. Les surfaces de roulement des rouleaux 9 sont constituées par la tôle emboutie 10 et par la surface latérale externe du tourillon 3. Cette opération est répétée pour chaque tourillon 3. REVENDICATIONS 1. Système de montage d'un vilebrequin (1) entre le carter et le bloc-moteur d'un moteur de véhicule automobile, comprenant des roulements placés autour des tourillons (3) dudit vilebrequin (1) afin de limiter les pertes par frottements entre ledit vilebrequin (1) et des paliers (15) de soutien du carter et du bloc-moteur, caractérisé en ce que les roulements 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. Système de montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cage (6) est constituée de deux pièces (7) complémentaires qui, couplées l'une à l'autre, définissent un objet de forme sensiblement cylindrique. 3. Système de montage 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 (10) annulaire quasi continue. 4. Système de montage 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. Système de montage selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que chaque partie possède une extrémité mâle (12) et une extrémité femelle (13), ladite extrémité mâle (12) d'une partie étant apte à venir s'emboîter idéalement dans l'extrémité femelle (13) de l'autre partie . 6. Système de montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la tôle (10) est comprise entre 0,8 mm et 1,2 mm. 7. Système de montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tôle (10) a subi un traitement thermique pour accroître sa dureté. 8. Système de montage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tôle (10) présente une dureté plus importante au niveau de ses surfaces qu'au niveau de son coeur. 9. Système de montage selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que chaque palier de soutien du carter et chaque palier de soutien du bloc-moteur comprennent un demi- alésage (16,17), et chacune des parties (11) de la tôle (10) emboutie est frettée à l'intérieur desdits demi-alésages (16,17). 10. Système de montage 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. Système de montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les organes de roulement (9) sont constitués par des rouleaux répartis de façon homogène dans la cage (6) . 12. Système de montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cage comprend une piste intérieure constituée par la surface externe de chaque tourillon. 13. Système de montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cage comprend une piste intérieure constituée par une tôle (18) emboutie de faible épaisseur. 14. Système de montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les cages (6) sont en plastique. 15. Système de montage selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque partie (11) emboutie possède un ergot (14) anti-rotation. 16. Système de montage 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. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comporte un système de montage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.