Brevet FR2948157A1 — publié le 20110121

VILEBREQUIN CREUX EN FONTE [0001 La présente invention concerne un vilebrequin creux en fonte ainsi que son procédé de fabrication. [0002] Les vilebrequins classiques en fonte sont généralement réalisés pleins, sous forme d'une pièce brute, issue d'un procédé de coulée par gravité. De telles pièces présentent l'inconvénient d'être lourdes. Des évidements et allègements peuvent être ensuite ménagés par usinage sur la peau de la pièce pour obtenir un gain en poids sur la pièce. De même, des conduits sont réalisés pour permettre le passage d'un lubrifiant haute pression, débouchant sur les manetons et tourillons du vilebrequin et passant à travers les bras dudit vilebrequin, ces conduits participant également à l'allègement de la pièce. [0003] On a également proposé de réaliser des évidements directement sur la pièce brute formant le vilebrequin à l'aide d'un noyau relativement complexe au niveau des tourillons et des manetons. Cette complexité est due au fait qu'il est nécessaire de garantir le passage de l'huile à travers les manetons et les tourillons depuis ces mêmes tourillons vers les manetons. Cette contrainte ne permet pas d'évider complètement ces éléments du vilebrequin. Ainsi, par exemple, s'il est possible d'évider partiellement un maneton, on doit cependant laisser une épaisseur suffisante de fonte permettant le passage d'un conduit de lubrification. [0004] De ce fait, l'allègement d'un tel vilebrequin n'est pas optimal puisqu'il faut garantir l'étanchéité des circuits de lubrification haute pression entre les tourillons et les manetons. En outre ; le noyautage est complexe ce qui rend la réalisation d'un tel vilebrequin également complexe à mettre en oeuvre. [0005] On a proposé, dans JP 55-158871, un vilebrequin allégé réalisé par fonderie dans lequel des logements creux sont ménagés dans la pièce moulée à l'aide de noyaux creux insérés dans le moule au niveau des tourillons et manetons pour alléger ceux-ci. Toutefois, la mise en place de ces noyaux dans le moule requiert des tiges métalliques qui s'étendent au travers dudit noyaux creux. Par conséquent, le gain de poids n'est que partiel. [0006] Dans JP 56-131819, on propose sensiblement le même vilebrequin, mais la tige s'étendant dans chaque noyau creux est remplacée par des bouts de tige présents uniquement aux extrémités du noyau. En outre, on perce des alésages pour ménager des passages entre manetons et tourillons dans lesquels sont introduits des tubes pour le lubrifiant. Même si on améliore le gain de poids, l'allègement n'est toujours pas optimal et la réalisation de ce vilebrequin reste complexe. [0007] Par ailleurs, on a proposé également dans FR 1 127 826 de réaliser un vilebrequin creux coulé en fonte. Toutefois se pose alors également des problèmes liés au passage de l'huile de lubrification au sein d'une telle pièce creuse, en particulier au niveau de l'étanchéité. [0008] L'invention a donc pour but de proposer un vilebrequin en fonte creux présentant un allègement intéressant en gain de poids et qui garantit également une étanchéité optimale des circuits de lubrification haute pression entre les tourillons et les manetons tout en étant d'une réalisation simple. [0009] A cet effet, l'invention a pour objet un vilebrequin creux en fonte, présentant des évidements au niveau de chaque maneton et tourillon, caractérisé en ce que chaque évidement présente une gorge s'étendant transversalement audit évidement sur tout son pourtour, chaque évidement comportant des moyens d'obturation étanche de ladite gorge, un conduit s'étendant depuis la gorge de chaque évidement de maneton jusqu'à la gorge d'un évidement d'un tourillon adjacent pour constituer au moins en partie le circuit de lubrification. [0010 De manière avantageuse, chaque évidement des manetons et des tourillons est obtenu lors du moulage tel que par coulée gravité en moule sable du vilebrequin en vue d'alléger de manière optimale le vilebrequin tout en intégrant en outre une partie du circuit de lubrification, constitué par la gorge, qui utilise ainsi une partie de l'évidement réalisé. [ool l] Selon une forme de réalisation préférée du vilebrequin, les moyens d'obturation étanche de la gorge sont constitués d'une bague de section transversale complémentaire à celle de l'évidement, fixée de manière étanche dans l'évidement par exemple par frettage. Cette bague ferme donc la gorge et isole celle-ci de manière étanche de l'évidement. Avantageusement, cette bague est réalisée en un matériau tel qu'en acier, en aluminium corroyé. [0012] La gorge peut être de section transversale rectangulaire ou bien en forme de demi-cercle. L'évidement est quant à lui de forme cylindrique de section transversale circulaire. [0013] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un vilebrequin creux en fonte dans lequel on met en place dans un moule de coulée gravité pour former un vilebrequin, au niveau de chaque tourillon et maneton, un noyau se présentant sous la forme d'un cylindre sur lequel s'étend de manière transversale sur toute sa périphérie une nervure, pour former lors du moulage, un vilebrequin brut, qui, au niveau de chaque maneton et tourillon, présente un évidement pourvu d'une gorge, puis on perce des conduits de lubrification s'étendant chacun dans un bras du vilebrequin obtenu, entre une gorge ménagée dans un évidement d'un maneton et la gorge d'un évidement de tourillon adjacent, on perce également des passages de lubrification depuis la surface de chaque maneton et tourillon vers la gorge ménagée dans leur évidement, on fixe dans chaque évidement une bague de manière à obturer la gorge de manière étanche, puis on obture les extrémités du vilebrequin creux ainsi réalisé. [0014] De manière avantageuse, on réalise le vilebrequin par coulée gravité en moule sable, les noyaux étant également des noyaux en sable. [oo15] Une fois les extrémités du vilebrequin bouchonnées par exemple par frettage ou vissage, l'huile de lubrification sous haute pression reste confinée dans les circuits de lubrification passant de la gorge d'un tourillon à celle d'un maneton par l'intermédiaire du conduit s'étendant entre les deux dans un bras. Ainsi, chaque maneton est alimenté en huile de lubrification par l'intermédiaire d'un tourillon. Ce circuit de lubrification reste classique et notamment les débouchés sur les surfaces de manetons et tourillons sont circulaires et elliptiques. [0016] On obtient donc un vilebrequin présentant un allègement optimal avec un noyau de fonderie de forme simple facile à mettre en oeuvre. [0017 Si on considère des évidements d'au moins 20 mm dans les tourillons et d'au moins 15 mm dans les manetons, on peut ainsi espérer 900g minimum de réduction de poids sur un vilebrequin en fonte de type DV4. [ools] L'invention a également pour objet un moteur pour véhicule automobile comportant un vilebrequin selon l'invention ainsi qu'un véhicule automobile comportant un tel moteur. [0019] On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence au dessin dans lequel : La figure 1 représente une vue en coupe d'un premier exemple de réalisation d'un vilebrequin selon l'invention, à l'état brut sorti de moulage ; La figure 2 représente une vue en coupe d'un second exemple de réalisation d'un vilebrequin selon l'invention à l'état brut sorti de moulage ; La figure 3 représente le vilebrequin de la figure 1 dans lequel des conduits de lubrification ont été usinés ; La figure 4 représente le vilebrequin de la figure 3 dans lequel l'étanchéité du circuit de lubrification est effectuée ; La figure 5 représente le vilebrequin de la figure 4 achevé ; Les figures 6a et 6b représentent respectivement un noyau utilisable pour réaliser un vilebrequin selon l'invention. [0020] Comme on peut le voir à la figure 1, on réalise tout d'abord un vilebrequin brut 1 en fonte par coulée gravité en moule sable présentant au centre de chaque maneton 3 et tourillon 2 un évidement cylindrique complet 4. Cet évidement cylindrique 4 est de section circulaire. [0021] Chaque évidement 4 présente une gorge 5 s'étendant transversalement audit évidement 4 sur tout son pourtour. Comme on peut le voir à la figure 1, la section transversale de cette gorge 5 peut être rectangulaire. La gorge 5' du vilebrequin 1' présente une section transversale en demi-cercle comme on peut le voir sur la figure 2 au niveau des évidements 4'. [0022] Cet évidement 4 de chaque maneton 3 et tourillon 2 est obtenu lors du coulage par la présence de noyaux de fonderie 6 (noyaux en sable) représenté à la figure 6a et les évidements 4' sont obtenus avec des noyaux 6' comme celui représenté à la figure 6b. Ces noyaux 6 et 6' sont constitués d'un barreau cylindrique de section circulaire et sont pourvus sensiblement de manière centrale d'une nervure 6a de section rectangulaire définissant la gorge 5 ou 6'a de section en demi-cercle définissant la gorge 5'. [0023] Une fois, ce vilebrequin 1 obtenu, on perce des conduits de lubrification 7 dans les bras entre chaque maneton 3 et un tourillon adjacent 2, chaque conduit 7 débouchant à ses extrémités dans une gorge 5 d'un évidement 4 au niveau d'un tourillon 2 et dans une gorge 5 d'un évidement 4 au niveau d'un maneton 3. [0024] Comme on peut le voir sur la figure 3, chaque tourillon 2 est relié par un conduit à un maneton adjacent 3. On peut envisager également qu'un seul tourillon soit relié aux deux manetons qui lui sont adjacents. [0025] Une fois, ces conduits 7 percés, on introduit dans chaque évidement 4 des moyens d'obturation de la gorge 5. Ces moyens d'obturation sont constitués d'une portion de tube 8, de section complémentaire à celle de l'évidement 4 et qui, une fois logée et fixée dans l'évidement 4, forme une bague d'étanchéité de la gorge 5. Ainsi, la bague d'étanchéité 8 peut être frettée dans l'évidement 4. La gorge 5 de chaque évidement 4 est ainsi isolée de manière étanche dudit évidement 4. [0026] De préférence, la bague 8 est en un matériau tel qu'un acier, un aluminium corroyé. [0027] Des perçages sont également réalisés entre chaque gorge 5 et la surface du maneton 3 ou tourillon 2 de manière classique pour former un circuit de lubrification 20 de parcours classique. [0028] Une fois, les bagues d'étanchéité mises en place comme on peut le voir à la figure 5, on obture les extrémités du vilebrequin creux 1 à l'aide de bouchons 9. [0029] Un tel vilebrequin lors de son utilisation reçoit l'huile sous haute pression qui reste confinée dans le circuit de lubrification passant dans les bras depuis les 25 tourillons 2 vers les manetons 3 dans la gorge 5 rendue étanche par la bague 8. [0030] L'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits mais englobe les variantes entrant dans le champ de protection de l'invention. REVENDICATIONS1. Vilebrequin creux en fonte (1, 1'), présentant des évidements (4, 4') au niveau de chaque maneton (3) et tourillon (2), caractérisé en ce que chaque évidement (4, 4') présente une gorge (5, 5') s'étendant transversalement audit évidement (4, 4') sur tout son pourtour, chaque évidement (4, 4') comportant des moyens d'obturation étanche (8) de ladite gorge (5, 5'), un conduit (7) s'étendant depuis la gorge (5, 5') de chaque évidement (4, 4') de maneton (3) jusqu'à la gorge (5, 5') d'un évidement (4, 4') d'un tourillon (2) adjacent pour constituer au moins en partie le circuit de lubrification. 2. Vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'obturation étanche de chaque gorge (5, 5') sont constitués d'une bague de section transversale complémentaire à celle de l'évidement (4, 4'), fixée de manière étanche dans l'évidement (4, 4'). 3. Vilebrequin selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague est réalisée en un matériau tel qu'en acier, en aluminium corroyé. 4. Vilebrequin selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la gorge (5) est de section transversale rectangulaire. 5. Vilebrequin selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la gorge (5') est de section transversale en forme de demi-cercle. 6. Vilebrequin selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque évidement (4, 4') cylindrique est de section transversale circulaire. 7. Vilebrequin selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que des perçages sont réalisés entre chaque gorge (5) et la surface du maneton (3) ou tourillon (2). 8. Procédé de fabrication d'un vilebrequin creux en fonte selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on met en place dans un moule de coulée gravité pour former un vilebrequin, au niveau de chaque tourillon et maneton, un noyau se présentant sous la forme d'un cylindre sur lequel s'étend de manière transversale sur toute sa périphérie une nervure, pour former lors du moulage unvilebrequin brut, qui, au niveau de chaque maneton et tourillon, présente un évidement pourvu d'une gorge, puis on perce des conduits de lubrification s'étendant chacun dans un bras du vilebrequin obtenu, entre une gorge ménagée dans un évidement d'un maneton et la gorge d'un évidement d'un tourillon adjacent, on perce également des passages de lubrification depuis la surface de chaque maneton et tourillon vers la gorge ménagée dans leur évidement, on fixe dans chaque évidement une bague de manière à obturer la gorge de manière étanche, puis on obture les extrémités du vilebrequin creux ainsi réalisé. 9. Moteur pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un vilebrequin selon l'une des revendications 1 à 7. 1o. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un moteur selon la revendication 9.