Brevet FR2942860A1 — publié le 20100910

B08-4220FR û JK/EVH Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Coussinet à ergot et carter de cylindres moteur de véhicule automobile associé. Invention de : BURCKEL Emmanuel FICHAU Bruno GABILLARD Samuel LEMONNIER Philippe Coussinet à ergot et carter de cylindres moteur de véhicule automobile associé. L'invention se situe dans le domaine des coussinets de frottement pour vilebrequin de véhicule automobile, et plus particulièrement dans le domaine des coussinets de ligne supérieurs interposés entre les manetons du vilebrequin et le carter supérieur du moteur contenant les cylindres du moteur. Le contact des manetons d'un vilebrequin avec le carter du moteur se fait en effet par deux demi-bagues de frottement qui sont le coussinet de ligne supérieur et le coussinet de ligne inférieur. Les logements dans le carter moteur des coussinets de ligne supérieurs et des coussinets de ligne inférieurs se trouvent de part et d'autre d'un plan de séparation entre la partie supérieure du carter moteur contenant les cylindres, et la partie inférieure du carter moteur. Il est particulièrement souhaitable d'éviter une rotation par rapport au carter moteur ou un déplacement axial du coussinet de ligne supérieur. En effet, le coussinet de ligne supérieur comporte un ou plusieurs orifices et une rainure de lubrification, qui font partie d'un trajet de graissage amenant l'huile de lubrification à partir d'une rainure du carter supérieur (ou carter cylindre) du moteur, au travers du ou des orifices du coussinet, puis par la rainure intérieure du coussinet, vers un circuit de graissage débouchant en surface du maneton du vilebrequin. Un déplacement axial ou radial du coussinet peut donc empêcher ou dégrader la lubrification du système. Le diamètre extérieur du coussinet est supérieur à celui de son logement pour être naturellement maintenu par pincement. Cependant, les vibrations du moteur peuvent déplacer axialement, ou faire tourner le coussinet à partir de sa position de montage initiale. Pour maintenir le coussinet dans sa position idoine, on ménage un ergot sur la surface extérieure du coussinet. De tels ergots sont décrits par exemple dans le brevet américain 4 488 826. Un relief est créé à l'une ou aux deux extrémités circonférentielles du coussinet. Le logement du coussinet doit alors être usiné pour ménager un logement pour l'ergot. I1 arrive que sur certains moteurs, la présence d'un tel ergot n'ait pas été jugée nécessaire lors de la conception initiale, et s'avère finalement indispensable lors des phases de développement ultérieures. Le coût de fabrication de coussinets avec ou sans ergot reste du même ordre. En revanche, l'opération d'usinage de précision du logement de l'ergot sur le carter moteur volumineux est un changement de gamme de fabrication très onéreux à mettre en place. L'objet de l'invention est de proposer une solution d'indexage de la position du coussinet de ligne supérieur à l'intérieur du carter moteur, plus simple et moins coûteuse à mettre en oeuvre que les solutions actuelles, et pouvant être également être implantée dans des phases tardives de développement du moteur. Selon un aspect de l'invention, un coussinet de frottement demi cylindrique à interposer entre un carter cylindre de moteur à combustion et un maneton de vilebrequin du même moteur, est constitué d'une couche support en acier sur sa circonférence extérieure et d'au moins une seconde couche d'un autre matériau. Le coussinet comprend : - une rainure de lubrification ménagée sur sa circonférence intérieure dans la seconde couche de matériau, - au moins un orifice traversant le coussinet entre sa circonférence extérieure et la rainure de lubrification, - un ergot sur la surface circonférentielle extérieure du demi-cylindre du coussinet, comprenant une zone de déport radial de la couche en acier du coussinet. L'ergot se trouve au droit de la rainure de lubrification. Suivant un mode de réalisation préféré, l'ergot est positionné au milieu de la demi-circonférence du coussinet, c'est-à-dire à égale distance des deux génératrices d'extrémités du coussinet. Suivant un autre mode de réalisation préféré, le coussinet présente un ergot sur au moins une des deux génératrices d'extrémités du coussinet, constitué par un déport radial en forme de languette circonférentielle de la matière du coussinet. Avantageusement, dans ce mode de réalisation, l'ergot a la forme d'une languette circonférentielle dont le déport radial est croissant entre une base de la languette et une extrémité de la languette, l'extrémité de la languette se trouvant au niveau d'une génératrice d'extrémité du coussinet. De préférence, dans ce mode de réalisation, le coussinet présente deux languettes symétriques, soit une à chacune de ses 10 génératrices d'extrémités. Avantageusement, dans l'un ou l'autre de ces modes de réalisation, l'ergot est constitué par un déport radial d'une languette circonférentielle du coussinet vers l'extérieur du coussinet, la languette dépassant d'une épaisseur comprise entre 0,2 et 1 mm par 15 rapport à la circonférence extérieure du coussinet. Préférentiellement, l'ergot est constitué par un déport radial d'une languette circonférentielle du coussinet vers l'extérieur du coussinet, représentant une protubérance de largeur, suivant le sens axial du coussinet, entre 2 et 3 mm. 20 Suivant une option de réalisation particulièrement favorable, l'orifice de lubrification est circulaire, et la largeur de l'ergot suivant le sens axial du coussinet est inférieure au diamètre de l'orifice de lubrification. Cette configuration est avantageuse quand l'ergot et l'orifice sont deux éléments géométriques séparés à la surface du 25 coussinet. Selon une autre option de réalisation, l'ergot peut être circulaire, concentrique par rapport à l'orifice et entourer l'orifice. Dans un mode de réalisation préconisé, la rainure de lubrification et l'ergot sont disposés sensiblement au milieu du 30 coussinet par rapport à la direction axiale du demi-cylindre du coussinet. Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne, qui comprend un coussinet de frottement tel que décrit précédemment, ainsi qu'un carter de cylindre du moteur, le carter présentant des logements adaptés pour recevoir le coussinet, lesdits logements étant parcourus par une rainure de lubrification de largeur supérieure ou égale à la largeur de l'ergot suivant le sens axial du coussinet. Selon un autre aspect encore de l'invention, un procédé de fabrication d'un coussinet de frottement, consiste à effectuer les étapes suivantes, dans cet ordre ou dans un ordre différent : - découper une bande dans une plaque multicouche constitué d'au moins une couche d'acier et d'au moins une couche d'un autre matériau - former par pressage une ou plusieurs protubérances au milieu de la largeur de la bande, les protubérances étant en relief vers le côté acier de la bande. - usiner une rainure centrale parallèle à la longueur de la bande, sur la face autre matériau de la bande. - percer des orifices de lubrification traversant la rainure centrale. - rouler la bande pour lui donner la forme d'un demi-cylindre, dont la face extérieure est constituée par la couche d'acier. L'opération de pressage pour former les protubérances et l'opération de perçage des orifices peuvent éventuellement être confondues en une seule opération. L'invention sera mieux comprise à la lecture d'une description détaillée de l'invention prise à titre d'exemple nullement limitatif, et illustrée par les figures annexées, sur lesquelles - la figure 1 représente une vue partielle en coupe d'un coussinet de ligne supérieur dans son environnement d'implantation ; - la figure 2 représente une double vue en perspective d'un coussinet de ligne supérieur selon l'invention ; - la figure 3 représente une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 représente une vue en coupe du mode de réalisation de la figure 3. Tel qu'illustré sur la figure 1, un coussinet de ligne supérieur 1 est interposé entre un maneton de vilebrequin 2 et un carter de cylindre moteur 3. Le coussinet de ligne a globalement la forme d'un demi cylindre dont l'extrémité circonférentielle 10 vient en appui pour partie sur un coussinet de ligne inférieur 8 et pour partie, par une zone de protubérance axiale 16, sur un chapeau de palier 9 constituant le logement du coussinet de ligne inférieur 8 dans le carter moteur inférieur (non représenté). Le diamètre extérieur du coussinet est supérieur à celui de son logement pour être naturellement maintenu par pincement. Le coussinet de ligne supérieur 1 est parcouru le long de sa circonférence médiane par une rainure de lubrification 7 ménagée sur la face intérieure du coussinet, c'est-à-dire du côté du coussinet en appui contre le maneton du vilebrequin 2. Une rainure de lubrification 4 est également ménagée à la surface du carter cylindre 3. Cette deuxième rainure de lubrification 4 parcourt la surface du carter 3 sur laquelle s'appuie le coussinet 1, de manière sensiblement parallèle à la rainure de lubrification du coussinet 7. Les deux rainures de lubrification sont de largeur comparables, soit 2mm à 3mm environ. La profondeur de la rainure 4 de lubrification du carter peut être couramment de 3mm à 4mm. La profondeur de la rainure 7 de lubrification du coussinet est limitée par l'épaisseur de ce dernier, elle est typiquement de lmm à 1.5mm. Les deux rainures de lubrification 4 et 7 sont donc disposées l'une en regard de l'autre, de part et d'autre de l'épaisseur du coussinet 1. Un orifice de lubrification 6 traverse l'orifice du coussinet et met en communication la rainure de lubrification 4 du carter moteur et la rainure de lubrification 7 du coussinet. A chaque révolution du vilebrequin, lorsque le maneton se trouve dans la position angulaire de la figure 1, l'orifice de lubrification 6 met également en communication la rainure de lubrification 4 du carter, et un circuit de graissage 5 ménagé à l'intérieur du maneton du vilebrequin 2, débouchant à la surface du maneton au droit de l'orifice 6. Lorsque le maneton se trouve dans une autre position angulaire que celle de la figure 1, le circuit de graissage 5 est alimenté par l'intermédiaire de la rainure de lubrification 7 du coussinet. La figure 2 est une double vue en perspective d'un coussinet de ligne supérieur selon l'invention. On retrouve des éléments communs à la figure 1, les mêmes éléments portant alors les mêmes références. Le coussinet de ligne 1, en forme de demi cylindre, est constitué de plusieurs épaisseurs de matériaux concentriques, notamment une feuille extérieure 12 en acier ou en un autre métal, et une ou plusieurs épaisseurs 13 en matériau ou en structure composite, de dureté inférieure à la dureté de la surface d'acier du vilebrequin. Cette ou ces autres épaisseurs facilitent le glissement contre le maneton du vilebrequin 2, en privilégiant une abrasion du coussinet plutôt qu'une abrasion du maneton. Les couches de frottement 13 peuvent notamment contenir des métaux tels que le cuivre, l'étain ou leurs alliages, par exemple sous forme de poudres métalliques frittées, et/ou des polymères, par exemple des polymères fluorés. Le plomb peut aussi être utilisé, mais est déconseillé pour des raisons d'ordre environnemental. L'épaisseur totale du coussinet peut par exemple être comprise entre 3mm et 4mm, pour un diamètre extérieur du coussinet voisin de 60mm. La largeur axiale du coussinet peut typiquement être comprise entre l5mm et 22mm. La rainure de lubrification 7 se trouve sur la face intérieure du coussinet, c'est-à-dire du côté correspondant à la ou aux couches de matériau de frottement 13. L'orifice de lubrification 6, de forme circulaire, traverse l'épaisseur du coussinet et débouche dans la rainure de lubrification 7. L'orifice 6 est de diamètre supérieur à la largeur de la rainure de lubrification 7 afin de faciliter l'écoulement de l'huile venant de la rainure de lubrification 4 du carter, et rejoignant la rainure 7 du coussinet. Aux deux extrémités circonférentielles 10 du coussinet, c'est-à-dire aux extrémités correspondant aux deux génératrices d'extrémité du demi cylindre, un ergot 14 est ménagé à la surface extérieure du coussinet. Cet ergot 14 est ménagé au milieu de la largeur axiale du coussinet, c'est-à-dire au droit de l'extrémité de la rainure de lubrification 7. Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 2, le coussinet comporte deux ergots identiques à chacune de ses extrémités circonférentielles, et comporte également deux orifices de lubrification disposés à égale distance des deux extrémités circonférentielles du coussinet. On peut envisager des variantes de réalisation où le coussinet ne serait traversé que par un seul orifice de lubrification, ou par des orifices de lubrification disposés de manière irrégulière le long de la circonférence. On peut également envisager des variantes de réalisation avec un seul ergot à une des extrémités du coussinet. L'ergot 14 consiste en une protubérance de la matière du coussinet 1, en forme de languette. Cette languette 14 s'étend circonférentiellement sur la face extérieure du coussinet entre une base 15 se confondant avec le niveau de la surface moyenne du coussinet, et une extrémité de verrouillage 16 déportée radialement vers l'extérieur par rapport à la surface moyenne extérieure du coussinet. La valeur de déport radial correspondante représente l'épaisseur de la languette 14. Cette valeur peut par exemple être de 0.5mm. La largeur de la languette 14, c'est-à-dire la dimension de la languette suivant le sens axial du coussinet, par exemple 2.8mm, et l'épaisseur de la languette 14, sont inférieures respectivement à la largeur dans le sens axial (par exemple 3mm) et à la profondeur (par exemple 2mm) de la partie de rainure de lubrification 4 ménagée sur le carter cylindre, et faisant face à la languette. La longueur de la languette, c'est-à-dire la distance entre sa base 15 et son extrémité de verrouillage 16, peut avantageusement être voisine de 5mm. Grâce à cette configuration géométrique, lorsque le coussinet de lubrification 1 est disposé dans son logement à l'intérieur du carter cylindre, il peut venir en appui avec ce logement sur toute la longueur de la circonférence extérieure du demi cylindre qui le constitue. Les seules parties de la surface extérieure du coussinet qui ne viennent pas en appui avec le carter sont celles en regard de la rainure de lubrification 4 du carter moteur. On peut également voir sur la figure 2, un ergot 20 ménagé à la surface extérieure du coussinet, disposé au sommet du coussinet, c'est-à-dire à la fois au milieu de la largeur axiale et à égale distance des deux extrémités circonférentielles du coussinet. L'ergot 20 se présente également sous forme de languette. Comme pour la languette d'extrémité 14, les dimensions de l'ergot 20 sont adaptées pour qu'il puisse être logé dans la rainure de lubrification 4 du carter, sans influencer la surface d'appui du coussinet contre son logement dans le carter moteur. Les bords de la languette 14 et les bords de l'ergot 20 étant maintenus axialement par les bords de la rainure de lubrification 4 du carter moteur, la languette 14 et l'ergot 20 assurent un rôle de maintien axial du coussinet par rapport au carter moteur, et notamment le maintien de l'orifice de graissage 6 face à la rainure de lubrification 4 du carter. On considère maintenant à nouveau la figure 1. Les extrémités circonférentielles 10 du coussinet de ligne supérieur sont en appui contre les extrémités circonférentielles du coussinet de ligne inférieur 8, lequel coussinet entoure l'autre moitié de la circonférence du maneton. Le coussinet de ligne supérieur 1 et le coussinet de ligne inférieur 8, composés avec des matériaux similaires, ont la même géométrie globale en forme de demi-cylindre, avec le même rayon intérieur et extérieur. L'extrémité 16 de la languette du coussinet supérieur dépasse radialement par rapport à la surface extérieure du coussinet de ligne inférieur 8. L'extrémité 16 de la languette vient ainsi en appui contre le chapeau de palier 9 et agit comme un ergot anti-rotation qui empêche le coussinet 1 de tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, et de venir prendre la place du coussinet inférieur 8. Le double maintien axial et angulaire du coussinet de ligne supérieur 1 par rapport au carter moteur 3, assure le bon alignement du ou des orifices de graissage 6 du coussinet face à la rainure de lubrification 4 du carter. Le sens de rotation du maneton à l'intérieur du carter moteur étant toujours le même, une seule languette anti-rotation peut assurer le maintien en position adéquate du coussinet de ligne 1. Cependant, pour éviter des erreurs de montage et des surcoûts liés à la surveillance du bon sens de disposition du coussinet 1 à l'intérieur du carter 3, il est avantageux d'utiliser des coussinets de ligne supérieur 1 munis d'orifices de graissage 6 et de languettes de maintien 14 symétriques par rapport à leurs extrémités. La figure 3 présente une vue en perspective d'un coussinet de ligne supérieur selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 4 présente une vue en coupe IV-IV du même mode de réalisation. On retrouve sur ces deux figures des éléments communs aux figures 1 et 2, les mêmes éléments portant alors les mêmes références. Sur les figures 3 et 4, les pourtours des orifices de graissage 6 sont en saillie vers l'extérieur du coussinet. Ce pourtour saillant de chaque orifice de graissage 6 forme un ergot 21 de maintien axial du coussinet de lubrification. En intégrant ainsi l'ergot 21 à l'orifice de lubrification 6, on peut obtenir un ergot 21 dont les bords latéraux, c'est-à-dire les bords destinés à venir potentiellement en appui contre l'un ou l'autre bord de la rainure 4 de lubrification du carter, se raccordent à la surface extérieure du coussinet avec un rayon de courbure plus petit que les bords latéraux de l'ergot 20 de la figure 2, qui est formé par un emboutissage non traversant du coussinet. L'efficacité du maintien axial en est améliorée. On économise également sur le coût de fabrication du coussinet, puisqu'on réalise l'orifice de graissage et l'ergot de guidage dans une seule et même opération. L'objet de l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit mais peut se décliner en de nombreuses variantes, notamment en ce qui concerne la structure multicouche des coussinets, la géométrie, le nombre et la disposition des orifices de graissage, les largeurs des rainures de lubrification du coussinet et du carter, la profondeur de la rainure de lubrification du carter, ou les longueurs circonférentielle des languettes 14 ou des ergots 20. On peut envisager des variantes de réalisation où le coussinet ne comporterait ni ergot central 20, ni ergot 21 autour des orifices de lubrification 6. On peut au contraire envisager des variantes de réalisation où le coussinet ne comporterait qu'un ergot central, sous forme d'un ergot indépendant 20 ou sous forme d'un orifice de lubrification en relief 21. Ce cas de figure est intéressant dans des configurations où la rainure de lubrification 4 du carter présente une profondeur variable. En effet, il peut être avantageux de faire varier l'épaisseur de la rainure de lubrification, entre une épaisseur faible ou nulle au niveau du plan de jonction entre les deux carters supérieur et inférieur, et une épaisseur de 2mm à 3mm millimètres dans la partie centrale de la rainure. La zone profonde de la rainure de lubrification ainsi configurée permet de mieux retenir l'huile de lubrification arrivant du carter en vue de sa transmission au travers de l'orifice de graissage 6. Le coussinet de ligne suivant l'invention permet de fiabiliser les circuits de graissage entre les carters moteur et le vilebrequin. Par rapport aux solutions de l'état de l'art, où des ergots de maintien sont associés à des encoches spécifiques du carter moteur, l'association du coussinet de ligne et d'une rainure de lubrification du carter selon l'invention permet de réduire les coûts de fabrication du dispositif. Le positionnement dans la rainure du carter, du ou des ergots de coussinet selon l'invention, est plus aisé que celui d'un ergot dans une encoche ponctuelle spécifique. En outre, le système selon l'invention peut être adapté à des coûts non prohibitifs sur des carters moteur où aucun relief anti-rotation n'était initialement prévu. Le système selon l'invention peut donc être adapté sur des moteurs qui n'en auraient que marginalement besoin, c'est-à-dire qui n'en auraient besoin que dans des cas exceptionnels de dérive de tolérance de fabrication. Pour un coût intéressant, la fiabilité du moteur est alors sensiblement améliorée, la sécurité des occupants également. REVENDICATIONS1. Coussinet (1) de frottement demi cylindrique à interposer entre un carter cylindre (3) de moteur à combustion et un maneton de vilebrequin (5) du même moteur, ledit coussinet étant constitué d'une couche support (12) en acier sur sa circonférence extérieure et d'au moins une seconde couche (13) d'un autre matériau, ledit coussinet comprenant : - une rainure de lubrification (7) ménagée sur sa circonférence intérieure dans la seconde couche (13) de matériau, - au moins un orifice (6) traversant le coussinet entre sa circonférence extérieure et la rainure de lubrification (7), - un ergot (14, 20, 21) sur la surface circonférentielle extérieure du demi-cylindre du coussinet, comprenant une zone de déport radial (16) de la couche en acier du coussinet, caractérisé en ce que l'ergot (14, 20, 21) se trouve au droit de la rainure de lubrification (7). 2. Coussinet de frottement (1) suivant la revendication 1, l'ergot (20) étant positionné au milieu de la demi-circonférence du coussinet, c'est-à-dire à égale distance des deux génératrices d'extrémités (10) du coussinet. 3. Coussinet de frottement suivant la revendication 1, le coussinet présentant un ergot (14) sur au moins une des deux génératrices d'extrémités (10) du coussinet, constitué par un déport radial en forme de languette circonférentielle de la matière du coussinet. 4. Coussinet (1) de frottement suivant les revendications 2 à 3, l'ergot (14) ayant la forme d'une languette circonférentielle dont le déport radial est croissant entre une base (15) de la languette et une extrémité (16) de la languette, l'extrémité (16) de la languette se trouvant au niveau d'une génératrice d'extrémité (10) du coussinet. 5. Coussinet (1) de frottement suivant les revendications 2 à 4, le coussinet présentant deux languettes (14) symétriques, soit une à chacune de ses génératrices d'extrémités (10). 6. Coussinet (1) de frottement suivant l'une des revendications précédentes, l'ergot (14, 20) étant constitué par un déport radial d'une languette circonférentielle du coussinet vers l'extérieur du coussinet, la languette dépassant d'une épaisseur comprise entre 0,2 et 1 mm par rapport à la circonférence extérieure du coussinet. 7. Coussinet (1) de frottement suivant l'une des revendications précédentes, l'ergot (14, 20) étant constitué par un déport radial d'une languette circonférentielle du coussinet vers l'extérieur du coussinet, représentant une protubérance de largeur, suivant le sens axial du coussinet, entre 2 et 3 mm. 8. Coussinet (1) de frottement suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel l'orifice (6) de lubrification est circulaire, et la largeur de l'ergot (14, 20) suivant le sens axial du coussinet est inférieure au diamètre de l'orifice de lubrification (6). 9. Coussinet (1) de frottement suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel la rainure de lubrification (7) et l'ergot (14, 20, 21) sont disposé sensiblement au milieu du coussinet par rapport à la direction axiale du demi-cylindre du coussinet. 10. Moteur à combustion interne comprenant un coussinet (1) de frottement suivant l'une des revendications précédentes, ainsi qu'un carter (3) de cylindre du moteur, le carter présentant des logements adaptés pour recevoir le coussinet, lesdits logements étant parcourus par une rainure de lubrification (4) de largeur supérieure ou égale à la largeur de l'ergot suivant le sens axial du coussinet. 11. Procédé de fabrication d'un coussinet de frottement, consistant à effectuer les étapes suivantes, dans cet ordre ou dans un ordre différent: - découper une bande dans une plaque multicouche constitué d'au moins une couche d'acier et d'au moins une couche d'un autre matériau - former par pressage une ou plusieurs protubérances au milieu de la largeur de la bande, les protubérances étant en relief vers le côté acier de la bande.- usiner une rainure centrale parallèle à la longueur de la bande, sur la face autre matériau de la bande. - percer des orifices de lubrification traversant la rainure centrale. - rouler la bande pour lui donner la forme d'un demi-cylindre, dont la face extérieure est constituée par la couche d'acier.