Brevet FR2932107A1 — publié le 20091211

VILEBREQUIN CREUX EN DEUX PARTIES ET SON PROCEDE DE FABRICATION L'invention se rattache au secteur technique des vilebrequins notamment pour moteurs requérant une lubrification par huile de graissage des paliers, ainsi qu'à la mise en oeuvre de vilebrequins creux par forgeage. La fabrication de vilebrequins pleins par forgeage est illustrée par l'exemple figure 1 d'un vilebrequin (1) 4 cylindres en lignes qui présentent de manière bien courante une alternance de manetons (2) et contrepoids (3) avec tourillons (4) exigeant la mise en forme particulière de circuits de lubrification et de passage d'huile représentés figure 2. Ainsi, il est nécessaire de réaliser par paliers deux perçages (5) et (6), l'un (5) diamétralement dans les tourillons, l'autre (6) en oblique à travers les bras pour alimenter les manetons. Cette conception reste coûteuse à mettre en oeuvre avec une multiplication des circuits d'huile en vue d'assurer la lubrification. On connaît par ailleurs le concept de vilebrequins creux, c'est-à-dire établis en deux demi-coquilles qui sont fixées par mécano soudure. Cette technique présente cependant certains inconvénients, et en particulier la rétention d'huiles dans certaines zones. La mise en oeuvre reste coûteuse également et la qualité de la liaison des deux demi-coquilles constituées du vilebrequin n'est pas toujours assurée. La démarche du Demandeur a donc été de vouloir remédier à ces inconvénients en proposant une nouvelle solution de fabrication optimisant les caractéristiques du vilebrequin lui-même. La solution du Demandeur a donc été de s'orienter différemment par un processus de fabrication spécifique en mettant en oeuvre la technologie du forgeage. La solution apportée répond aux différents objectifs recherchés. Selon une première caractéristique de l'invention, le vilebrequin creux comprenant deux coquilles assemblées, avec un passage autorisant la lubrification, est remarquable en ce que ledit vilebrequin est réalisé par forgeage à chaud et comprend après assemblage des deux demi-coquilles et usinage une seule entrée de fluide et une seule sortie à chacune de ses extrémités, des ouvertures permettant le passage de fluide pour lubrification, et en ce que lesdites coquilles présentant une bordure périphérique destinées à leur liaison lors de l'assemblage. Selon une autre caractéristique, les coquilles présentent une bordure périphérique de leurs parois non droites et perpendiculaires au plan transversal de ladite bordure et avec une saillie apparente formant lèvres. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description. Pour fixer l'objet de l'invention illustrée d'une manière non limitative aux figures des dessins où : - la figure 1 est une vue d'un vilebrequin forgé selon l'art antérieur. - la figure 2 est une vue en coupe du vilebrequin selon la figure 1 montrant les circuits de distribution du fluide de lubrification du type huile. - la figure 3 est une vue en coupe d'un vilebrequin creux obtenu selon le procédé de l'invention et illustrant le circuit d'huile. - les figures 4, 5 et 6 sont des vues à caractère schématique illustrant la mise en forme particulière des bordures des deux demi-coquilles du vilebrequin dans une version optimisée des lèvres de jonction en vue perspective de 3/4 pour la figure 4, en vue de face avant assemblage pour la figure 5, et en vue de face après assemblage pour la figure 6. - les figures 7A, 7B, 7C sont des vues en variante illustrant la forme des lèvres de jonction établies sur les bordures transversales des demi- coquilles du vilebrequin. - la figure 7D est une vue en variante des bordures transversales des demi-coquilles du vilebrequin. - les figures 8A, 8B sont des vues à caractère schématique illustrant les zones de galetage de zones du vilebrequin dans les configurations d'un vilebrequin plein et creux avec zone de renfoncement. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins. La figure 3 représente en coupe transversale une demi-partie du vilebrequin creux à obtenir selon l'invention, sous forme d'une demi-coquille (A) prête à être assemblée avec une seconde partie ou demi-coquille (B) de forme complémentaire. On a référencé par (2) les manetons, par (3) les contrepoids, par (4) les tourillons. Cette pièce est obtenue par forgeage à chaud. A l'endroit des manetons et tourillons, on a représenté les ouvertures (2a) et (3a) de passage de fluide obtenues par usinage après les opérations de forgeage et de soudage à la forge pour permettre la lubrification. Une seule entrée (2a1) de fluide de lubrification du type huile est prévue à une extrémité du vilebrequin, et une seule sortie (2a2) à l'autre extrémité. Une cavité intérieure (7) est ainsi formée et fermée lorsque les deux demi-parties ou coquilles sont assemblées. La configuration intérieure de cette cavité est établie pour permettre l'écoulement du fluide dans de bonnes conditions et aussi la distribution du fluide à travers les ouvertures (2a) et (3a) précitées. Les deux parties ou coquilles (A-B) du vilebrequin présentent une bordure périphérique (8) de sa paroi en épaisseur. Dans une mise en oeuvre, ladite bordure périphérique est non droite et perpendiculaire au plan transversal de la bordure et au contraire selon une disposition particulière de l'invention, lesdites bordures sont conformées avec une saillie apparente formant lèvre (8a) destinée à leur liaison lors de l'assemblage. En se référant à la figure 5, lesdites lèvres (8a) sont parfaitement centrées dans la largeur de la bordure périphérique (8). Après assemblage des deux demi-coquilles, comme représenté figure 6, on obtient une partie débordante (8b) extérieure et une partie débordante intérieure (8c) par rapport à l'épaisseur de chaque demi-coquille. La partie (8b) est enlevée pour la face apparente lors de l'ébavurage, la partie intérieure n'étant pas modifiée. En se référant aux figures 7A, 7B, 7C, on a représenté le positionnement des lèvres (8a) différemment. Selon la figure 7A, les lèvres sont légèrement déportées côté extérieur avec un profil bombé. Selon la figure 7B, la partie lèvre est définie par l'orientation inclinée de la face transversale de la bordure périphérique de manière qu'après assemblage, il y ait un fluage de matière vers l'intérieur. La figure 7C représente une configuration similaire à celle de la figure 7B, mais avec la partie lèvre située côté intérieur de la bordure périphérique. Dans la variante de la figure 7D, les lèvres (8d) sont planes afin d'avoir un congé (8e) à l'intérieur et une face dépouillée (8f) à l'extérieur selon une angulation a. La mise en oeuvre de l'assemblage des deux demi-coquilles (A-B) constitutives du vilebrequin creux obtenu par forgeage à chaud s'effectue par soudage à la forge avec une opération de soudure par compression isostatique à chaud. L'échauffement est local et est obtenu par un générateur à haute fréquence. Suivant la nuance du vilebrequin, cette opération peut se faire sous atmosphère contrôlée afin de limiter la création d'oxyde à l'interface de soudure. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'échauffement de la zone à 15 souder doit : - être rapide pour ne pas avoir de diffusion de la température dans le reste des pièces à souder et à les déformer sous l'effort de forgeage ; - être local pour ne pas avoir une grande zone échauffée et la déformer sous l'effort de forgeage ; 20 - ne pas faire fondre la matière ; - être réalisé par pallier : échauffement rapide et maintien de la température pendant l'opération de soudage à la forge. De manière importante, il est souligné que la géométrie des lèvres est 25 importante par rapport à la température de soudage qui doit être homogène et à la qualité de soudage désiré. Les tests effectués par le Demandeur ont permis de mettre en valeur l'importance et la fonctionnalité desdites lèvres. Elles permettent de créer un effet de bord et de s'échauffer de manière homogène sur toute la surface à souder, et d'obtenir une bavure interne minime. La mise en oeuvre de la fabrication du vilebrequin creux selon l'invention offre un avantage spécifique en ce qu'en vue des opérations de galetage figure 8A, 8B, certaines zones locales (9) du vilebrequin pourront être renforcées par une augmentation locale de l'épaisseur de la paroi des deux demi-coquilles destinées à être assemblées. L'invention offre de nombreux avantages : - un allègement du poids du vilebrequin et conséquemment son influence sur le poids du véhicule ; - une simplification de l'usinage du système de lubrification ; - une puissance de presse réduite pour la réalisation des deux demi- coquilles ; - la configuration de leur rail selon les surfaces à souder qui sont soudées sur toute l'épaisseur de la paroi grâce à une chauffe homogène, la zone de soudure ne présentant pas de défaut métallurgique. - la position actuelle des trous de graissage n'est pas la plus judicieuse par rapport au besoin, mais est imposée par la nécessité de passer par les bras de liaison, alors que dans la solution du Demandeur, les trous sont disposés aux endroits adéquats (zones de basse pression sur les paliers). - le vilebrequin étant creux, il y a donc moins d'inertie mise en oeuvre, les montées en régime du moteur sont donc meilleures. - le vilebrequin étant creux, sa masse est donc moins importante, ce qui fait qu'il y a baisse de la consommation du véhicule et une meilleure contribution aux normes anti-pollution. - il peut y avoir réduction des contre-poids, donc réduction du carter moteur ou alors augmentation de la capacité en huile du moteur, espaçant les vidanges. REVENDICATIONS- 1- Vilebrequin creux comprenant deux coquilles assemblées, avec un passage autorisant de la lubrification, caractérisé en ce que ledit vilebrequin est réalisé par forgeage à chaud et comprend après assemblage des deux demi-coquilles (A-B) une seule entrée (2a1) de fluide et une seule sortie (2a2) à chacune de ses extrémités, des ouvertures (2a-3a) permettant le passage de fluide pour lubrification, et en ce que lesdites coquilles (A-B) présentant une bordure périphérique (8) de leurs parois destinées à leur liaison lors de l'assemblage. - 2- Vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites coquilles présentent une bordure périphérique (8) de leurs parois non droites et perpendiculaires au plan transversal de ladite bordure et avec une saillie apparente (8a) formant lèvres. - 3- Vilebrequin selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lèvres (8a) sont centrées dans la largeur de la bordure périphérique. -4- Vilebrequin selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lèvres (8a) sont déportées côté extérieur de la bordure périphérique avec un profil bombé. - 5- Vilebrequin selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lèvres (8a) sont déportées côté intérieur de la bordure périphérique avec un profil bombé. - 6- Vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bordure périphérique (8) des parois de demi-coquilles présentent des lèvres (8a)planes avec un congé (8e) à l'intérieur et une face dépouillée (8f) à l'extérieur. - 7- Vilebrequin selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la liaison des demi-coquilles (A-B) par le biais des lèvres (8a-8d) est effectuée par soudure par compression à chaud avec une horizontalité de soudure à partir de la forme en saillie des lèvres. - 8- Procédé de fabrication d'un vilebrequin creux en deux parties destinées à être assemblées, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre les phases suivantes : - réalisation par forgeage à chaud des deux demi-coquilles (A-B) du vilebrequin en réalisant le long de la bordure périphérique (8) de chaque demi-coquilles une forme (8a-8d) destinées à leur liaison. - assemblage des deux demi-coquilles en mettant face à face les bordures de chacune d'elles à l'endroit desdites lèvres et soudure par compression isostatique à chaud par générateur haute fréquence assurant par la configuration et disposition des lèvres une homogénéité de soudure. - ébavurage du vilebrequin sur la partie extérieure de jonction des deux demi-coquilles, et usinage des ouvertures (2a-3a) établies sur les manetons (2) et contre-poids (3) pour le passage du fluide de lubrification. - 9- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la soudure des demi-coquilles du vilebrequin met en oeuvre par palier une phase de montée en température, et une phase de maintien de la température durant l'opération de soudage.