Brevet FR2960806A1 — publié le 20111209

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d'assemblages de soupapes à clapet et les assemblages ainsi réalisés pour les collecteurs d'alimentation en air de moteurs à combustion in- terne. L'invention concerne de manière générale des perfectionnements aux moteurs à combustion interne et plus particulièrement des assemblages de soupapes à clapet pour régler le débit d'air dans le système d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne. L'invention concerne tout particulièrement un procédé de fabrication d'un assemblage de soupapes à clapet pour un collecteur d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne. L'invention concerne également l'assemblage de soupapes à clapet ainsi réalisé pour un collecteur d'admission d'air. Un tel as- semblage connu comporte un arbre portant au moins un clapet moulé sur l'arbre et bloqué en rotation sur celui-ci ainsi qu'au moins un palier moulé sur l'arbre pour maintenir l'arbre en rotation. Le palier est séparé du clapet sur l'arbre. Etat de la technique Les assemblages de soupapes à clapet ont généralement un arbre en métal portant des clapets soudés ou rivetés pour être solidaires en rotation de l'arbre. L'assemblage comporte en outre de manière caractéristique des paliers pour le tenir en rotation. Les paliers peuvent être emmanchés sur l'arbre avant de fixer les clapets lorsqu'on fabrique l'assemblage de soupapes à clapet. Ainsi, le document US 2003/0009881 Al décrit un pro-cédé de fabrication d'un assemblage de soupapes à clapet. Dans cet assemblage, les soupapes sont réalisées par moulage sur l'arbre. Selon ce procédé connu, on installe au moins un palier sur l'arbre, ce palier ayant un passage fermé recevant l'arbre puis, on installe l'arbre avec le palier dans le moule pour mouler les clapets sur l'arbre de façon que le palier se situe entre deux clapets moulés. Les clapets moulés évitent que le palier ne se détache de l'arbre. Le document US 2009/0084335 Al décrit un collecteur d'alimentation en air ayant une cartouche composite avec un arbre, des 2 paliers sous la forme de garnitures et des vannes papillon. Au montage de la cartouche, ces trois composants sont assemblés au boîtier du col-lecteur d'alimentation en air. Les deux documents US 2006/0278268 Al et US 2008/0128038 Al concernent un assemblage de soupapes à clapet et son procédé de fabrication. Le procédé de fabrication de l'assemblage de soupapes à clapet consiste à mouler au moins un clapet et au moins une partie de palier sous la forme d'une structure unique sur l'arbre. Puis, on sépare la partie de palier et le clapet pour que la partie de pa- lier puisse tourner indépendamment du clapet sur l'arbre. Ces documents décrivent également un assemblage de soupapes à clapet pour un collecteur d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne. L'assemblage décrit comprend un arbre avec au moins un clapet moulé sur l'arbre et bloqué en rotation sur celui-ci et au moins un palier per- mettant de monter l'arbre en rotation. Le palier est moulé séparément du clapet et de l'arbre. Pour obtenir un assemblage de soupapes à clapet à partir d'une structure unitaire, il faut une étape de séparation qui, de manière caractéristique est une opération de coupe pour enlever une partie de la matière moulée située entre le palier et le clapet. Cette opé- ration allonge le temps de fabrication et ainsi le coût de fabrication de l'assemblage de soupapes à clapet. But de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et de développer un procédé de fa- brication d'un assemblage de soupapes à clapet pour le collecteur d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un tel assemblage et le collecteur équipé de cet assemblage. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu' on moule au moins un clapet et au moins un palier sur l'arbre, le clapet et le palier étant moulés sur l'arbre comme des structures séparées. En surmoulant les clapets et les paliers sur l'arbre, il n'est pas nécessaire de prévoir des structures séparées ce qui réduit les coûts de fabrication de l'assemblage. 3 Selon une caractéristique du procédé, le palier est moulé sur l'arbre en étant fixé en rotation par rapport à l'arbre en position de moulage. Après le moulage ou injection du ou des paliers dans la position de moulage, les paliers se resserrent sur l'arbre (arbre métallique) du fait du retrait de la matière plastique. Les paliers conservent leur position de moulage. Ainsi, l'assemblage de soupapes à clapet est plus facile à manipuler et cela simplifie le montage de l'assemblage dans le collecteur d'alimentation en air. Suivant une autre caractéristique, pour installer l'assemblage de soupapes à clapet dans le collecteur d'alimentation en air, on déplace le ou les paliers le long de l'arbre à partir de la position de moulage jusqu'à la position fonctionnelle dans laquelle le palier permet la rotation de l'arbre. Cela permet ainsi au(x) palier(s) de tenir l'arbre. De manière caractéristique les paliers sont mis dans leur position fonc- 15 tionnelle immédiatement avant ou pendant l'installation de l'assemblage de soupapes à clapet dans le collecteur d'alimentation en air. L'arbre est conçu pour que les paliers puissent glisser de leur position de moulage à leur position de fonctionnement le long de l'arbre dont le diamètre diminue en direction de la position de fonctionnement, on a ainsi un in- 20 tervalle entre l'arbre et le palier dans la position de fonctionnement permettant la rotation relative libre du palier et de l'arbre. L'arbre doit être suffisamment long pour permettre le mouvement de glissement des paliers. Dans ces conditions, en général, si l'assemblage de soupapes à clapet est installé dans un collecteur d'alimentation en air, un seul cla- 25 pet est prévu pour chaque second passage d'entrée d'air. De façon caractéristique, avant le moulage, l'arbre est usiné pour réaliser une première partie d'arbre correspondant à la position fonctionnelle ayant une section circulaire dont le diamètre est inférieur au diamètre d'une seconde partie d'arbre dans une seconde 30 position de l'arbre. Le diamètre de l'arbre en position de moulage définit principalement le diamètre du passage fermé du palier recevant l'arbre, ce qui donnera un intervalle entre le palier et l'arbre dans la position de fonctionnement, et permet au palier de tourner librement autour de l'arbre. 4 Selon une autre caractéristiques, une troisième partie d'arbre entre la première et la seconde partie, a un diamètre plus grand que celui de la première partie d'arbre et, de manière caractéristique, ce diamètre est inférieur au diamètre de la seconde partie d'arbre dans la position de moulage. La troisième partie d'arbre est située de manière caractéristique à un emplacement de l'arbre couvert au moins en partie par le palier à la fois dans sa position de fonctionnement et dans sa position de moulage, la troisième partie d'arbre permet de diminuer progressivement le diamètre de l'arbre entre la seconde partie d'arbre et la première partie d'arbre ce qui réduit l'effort d'adhérence produit par le retrait du palier sur l'arbre. Selon une autre caractéristique, avant le moulage, on traite l'arbre en position de moulage pour réaliser une seconde partie d'arbre ayant une section circulaire de diamètre diminuant en continu en direction de la position fonctionnelle, la seconde partie d'arbre a, de préférence, une forme conique. Le diamètre qui diminue en continu permet de réduire l'effort d'accrochage généré par le retrait des paliers sur l'arbre après leur moulage. Dans le procédé de fabrication décrit, le moulage d'au moins un clapet et d'au moins un palier sur l'arbre se fait par injection dans le même moule. En d'autres termes, il suffit d'un seul moule pour réaliser l'ensemble de l'assemblage de soupapes à clapet. De manière caractéristique, à la fois le clapet et le palier sont moulés simultané-ment ce qui peut se faire en injectant simultanément de la matière plas- tique dans le moule pour surmouler l'arbre et réaliser le ou les clapet(s) et le ou les palier(s). De manière caractéristique, le clapet est moulé sur une partie de section non circulaire de l'arbre pour que le clapet soit solidaire en rotation de l'arbre. La partie de section non circulaire de l'arbre peut comporter une ou plusieurs cavités et/ou une plusieurs saillies à sa périphérie pour réaliser un verrouillage mécanique bloquant le ou les clapet(s) solidairement en rotation sur l'arbre. Selon une autre caractéristique, l'invention concerne également un assemblage de soupapes à clapet dont le palier est en posi- tion de moulage dans laquelle il est bloqué en rotation sur l'arbre. Du fait du retrait, de la matière plastique comme cela a été vu ci-dessus, après moulage les paliers sont en position de moulage solidaires en rotation de l'arbre ce qui facilite le transport de l'assemblage de soupapes à clapet et simplifie l'installation de cet assemblage dans le collecteur 5 d'alimentation en air. Selon une caractéristique, l'arbre comporte une première partie correspondant à une position fonctionnelle du palier dans la-quelle le palier peut tourner sur l'arbre et dont le diamètre de la section circulaire est inférieur au diamètre d'une seconde partie d'arbre en po- sition de moulage. Comme le diamètre du passage fermé du palier recevant l'arbre correspond au diamètre de la partie d'arbre sur laquelle est moulé le palier, si le diamètre de l'arbre diminue vers la position fonctionnelle, on aura un intervalle entre l'arbre et le palier ce qui permet au palier de tourner librement autour de l'arbre. Suivant une caractéristique, au niveau de la position de moulage la seconde partie, a une section circulaire de diamètre diminuant en continu en direction de la position fonctionnelle; la seconde partie d'arbre a, de préférence, une forme conique. La forme conique permet une diminution continue du diamètre de l'arbre ce qui réduit l'effort d'accrochage lié au retrait des paliers sur l'arbre après l'injection. Suivant une autre caractéristique, au moins un clapet est réalisé sur une partie d'arbre de section non circulaire de façon que le clapet soit solidaire en rotation de l'arbre. L'arbre a, de manière caractéristique, des cavités et/ou des parties en saillie pour verrouiller le clapet et l'arbre à l'emplacement du clapet. Suivant une autre caractéristique, l'invention concerne un collecteur d'alimentation en air avec un assemblage de soupapes à clapet tel que défini ci-dessus. Le montage de l'assemblage de soupapes à clapet dans le collecteur d'alimentation en air est simplifié, car les pa- liers sont bloqués en position de moulage et seront libérés pour passer dans la position fonctionnelle, juste avant ou pendant l'opération de montage.35 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un mode de réalisation d'un assemblage de sou- papes à clapet selon l'invention, - les figures 2a, 2b montrent un collecteur d'admission d'air équipé d'un assemblage de soupapes à clapet selon la figure 1, les clapets étant en position fermée à la figure 2a et en position ouverte à la fi- gure 2b, - la figure 3 montre l'arbre de l'assemblage de soupapes à clapet de la figure 1 selon une vue d'ensemble, - la figure 3a est une vue de détail de l'arbre de la figure 3, - les figures 4a-4d montrent quatre étapes de fabrication de l'assem- blage de soupapes à clapet de la figure 1, - les figures 5a, 5b montrent les paliers de l'assemblage de soupapes à clapet en position de moulage (figure 5a) et en position fonctionnelle (figure 5b), - la figure 6 est un détail d'un mode de réalisation de l'assemblage de soupapes à clapet avec une partie d'arbre en saillie suivant une forme conique. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un assemblage de soupapes à clapet 1 composé d'un arbre 2 sous la forme d'un axe métallique portant quatre clapets 3 moulés sur l'arbre 2 et bloqués en rotation par rapport à l'arbre 2 ainsi que six paliers 4 répartis sur l'arbre 2 chaque fois dans une position fonctionnelle voisine de l'extrémité respective des clapets 3, les paliers 4 sont libres en rotation par rapport à l'arbre 2 lorsqu'ils sont en position de fonctionnement. Les figure 2a, 2b montrent l'assemblage de soupapes à clapet 1 de la figure 1 à l'état installé entre une partie de boîtier supérieure 5a et une partie de boîtier inférieure 5b d'un collecteur d'admission d'air 6. Le collecteur d'admission d'air 6 est formé d'un ensemble de passages d'arrivée d'air 7, les paliers 4 sont placés entre les passages d'arrivée d'air 7 pour porter l'arbre 2 de l'assemblage de soupapes à 6 7 clapet 1 pour lui permettre de tourner dans le boîtier 5a, 5b. L'assemblage de soupapes à clapet 1 est monté dans le boîtier 5a, 5b pour qu'un clapet 3 se trouve seulement dans chaque second passage d'entrée d'air 7. Le collecteur d'admission d'air 6 comporte un moyen d'en- traînement en rotation 8 fixé à une extrémité de l'arbre 2 et permettant de faire tourner l'arbre 2 dans le boîtier 5a, 5b entre une position fermée dans laquelle les clapets 3 ferment les passages d'arrivée d'air 7 (voir figure 2a) et une position ouverte dans laquelle les clapets 3 sont pratiquement perpendiculaires à l'ouverture dans les passages d'entrée d'air 7 pour ne pas limiter la circulation de l'air à travers les passages d'entrée d'air 7. Le procédé de fabrication de l'assemblage de soupapes à clapet 1 selon la figure 1, sera décrit ci-après en référence aux figures 3, 3a et 4a-4d. Dans une première étape de fabrication, on usine l'arbre 2 au niveau des parties 9 où se placent les clapets 3, l'usinage crée des cavités sous forme de surfaces planes dans le diamètre extérieur de l'arbre 2. L'arbre 2 est également usiné pour réaliser trois parties d'arbre 10a-10c de section circulaire et de diamètre différent, il s'agit d'une première partie d'arbre 10a voisine de la partie d'arbre non circulaire 9, d'une seconde partie d'arbre 10b éloignée de la partie d'arbre non circulaire 9 et une troisième partie d'arbre 10c située entre la première et la seconde partie d'arbre 10a, 10b. Partant de la partie d'arbre 9 de section non circulaire, les parties d'arbres 10a, 10c, 10b ont un diamètre croissant; le diamètre D3 de la troisième partie d'arbre 10c est plus grand que le diamètre D 1 de la première partie d'arbre 10a; le diamètre D2 de la seconde partie d'arbre 10b est plus grand que le diamètre D3 de la troisième partie d'arbre 10c (D 1 8 plastique des paliers 4. Les paliers sont ainsi bloqués en rotation par rapport à l'arbre 2. De la même manière, les clapets 3 sont serrés sur la partie non circulaire 9 de l'arbre 2 de manière à être également bloqués en rotation. L'assemblage de soupapes à clapet 1 ainsi formé est éjecté du moule 11 et peut se transporter avec à la fois les paliers 4 et les clapets 3 solidaires en rotation. Selon une autre étape représentée à la figure 4d, les paliers 4 sont déplacés de leur position de moulage M sur l'arbre 2 vers leur position de fonctionnement F entre les clapets 3. Dans leur position de fonctionnement F, les paliers 4 peuvent tourner librement sur l'arbre 2 permettant ainsi de soutenir l'arbre 2 en rotation lorsque l'assemblage de soupapes à clapet 1 est installé dans le collecteur d'admission d'air 6. Le déplacement des paliers 4 peut se faire soit avant, soit pendant le montage de l'assemblage de soupapes à clapet 1 dans le collecteur d'ad- mission d'air 6 des figures 2a, 2b. Les étapes de déplacement des paliers 4 de leur position de moulage M à leur position de fonctionnement F, seront expliquées ci-après de manière plus détaillée en référence aux figures 5a, 5b. Comme cela apparaît à la figure 5a, les paliers 4 en position de moulage M cou- vrent la seconde et la troisième partie d'arbre 10b, 10c de sorte que le diamètre du passage fermé réalisé dans les paliers 4 pour retenir l'arbre 2, correspond aux diamètres D2 et D3 de la seconde et de la troisième partie d'arbre 10b, 10c respective, les paliers 4 sont fixés sur l'arbre 2 par le retrait de la matière plastique après l'opération d'injection. Toutefois, comme le montre la figure 5b, lorsque le palier 4 se trouve dans la position de moulage M, le palier 4 couvre seulement la première partie d'arbre 10a et une fraction de la troisième partie d'arbre 10c. Comme les diamètres D 1 et D3 de la première et de la troisième partie d'arbre 10a, 10b sont inférieurs aux diamètres D3, D2 des parties respectives du passage formé dans le palier 4 pendant le moulage, on un intervalle 12 entre l'arbre 2 et le palier 4 en position de fonctionnement F de sorte que le palier 4 peut tourner librement sur l'arbre 2. Il est à remarquer que pour permettre le déplacement des paliers 4 de leur position de moulage M à leur position de fonctionne- 9 ment F, il faut diminuer le diamètre de l'arbre 2 en direction de la position de fonctionnement F. Toutefois, le diamètre de l'arbre 2 ne doit pas nécessairement être réduit par palier comme dans l'exemple ci-dessus. Il peut également diminuer de manière continue comme le montre la figure 6 selon laquelle, l'arbre 2 a une seconde partie d'arbre 10b de forme conique résultant de la diminution continue du diamètre de l'arbre 2 le long de la seconde partie d'arbre 10b. En munissant l'arbre 2 d'une telle partie d'arbre conique 10b, on réduit les forces de frottement liées au retrait des paliers 4 sur l'arbre 2. lo 15 lo NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 assemblage de soupapes à clapet 2 arbre 3 clapet 4 palier 6 collecteur d'admission 10a première partie d'arbre 10b deuxième partie d'arbre 10c troisième partie d'arbre 11 moule15 REVENDICATIONS1 °) Procédé de fabrication d'un assemblage de soupapes à clapet (1) pour un collecteur d'admission d'air (6) d'un moteur à combustion in-terne, procédé caractérisé en ce qu' on moule au moins un clapet (3) et au moins un palier (4) sur l'arbre (2), le clapet (3) et le palier (4) étant moulés comme des structures séparées sur l'arbre (2). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé ce que le palier (4) est moulé sur l'arbre (2) dans une position de moulage (M), et en position de moulage (M), le palier (4) est bloqué en rotation par rapport à l'arbre (2) par l'effet du retrait de la matière du palier (4) après le moulage. 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé ce que pour monter l'assemblage de soupapes à clapet (1) dans le collecteur d'admission d'air (6), on déplace les paliers (4) suivant l'arbre (2) de la position de moulage (M) à la position de fonctionnement (F) dans la-quelle le palier (4) peut tourner sur l'arbre (2). 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé ce qu' avant de mouler, on usine l'arbre (2) pour former une première partie d'arbre (10a) dans la position fonctionnelle (F), la première partie d'arbre (10a) ayant une section circulaire de diamètre (D 1) inférieur au diamètre (D2) d'une seconde partie d'arbre (10b) dans la position de moulage (M) de l'arbre (2). 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé ce qu' on forme une troisième partie d'arbre (10c) entre la première et la se- conde partie d'arbre (10a, 10b), la troisième partie d'arbre (10c) ayant 20 12 un diamètre (D3) supérieur au diamètre (D 1) de la première partie d'arbre (l0a). 6°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé ce qu' avant de mouler, on usine l'arbre (2) dans la position de moulage (M) pour former une seconde partie d'arbre (10b) ayant une section circulaire de diamètre décroissant (D) en direction de la position fonctionnelle (F), la seconde partie d'arbre (10b) étant de préférence de forme conique. 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé ce que le moulage d'au moins un clapet (3) et d'au moins un palier (4) sur l'ar-15 bre (2) se font par injection en utilisant le même moule (11). 8°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé ce que le clapet (3) et le palier (4) sont moulés simultanément sur l'arbre (2). 9°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé ce que le clapet est moulé sur une partie de section non circulaire de l'arbre (2) pour bloquer le clapet (3) solidairement en rotation sur l'arbre (2). 25 10°) Assemblage de soupapes à clapet (1) pour un collecteur d'admission d'air (6) d'un moteur à combustion interne, comprenant : - un arbre (2) portant au moins un clapet (3) moulé sur l'arbre (2) et solidaire en rotation de celui-ci ainsi qu'au moins un palier (4) moulé 30 sur l'arbre (2) pour porter l'arbre (2) en rotation, - le palier (4) étant installé sur l'arbre (2) séparément du clapet (3), caractérisé en ce que le palier (4) est dans une position de moulage (M) dans laquelle le palier (4) est bloqué en rotation sur l'arbre (2) par le retrait de la matière du 35 palier (4) après le moulage. 13 11 °) Assemblage de soupapes à clapet selon la revendication 10, caractérisé ce que l'arbre (2) a une première partie (10a) dans la position fonctionnelle (F) du palier (4) dans laquelle, le palier peut tourner autour de l'arbre (2), le diamètre (D 1) de la section circulaire de la première partie d'arbre (10a) étant inférieure au diamètre (D2) d'une seconde partie d'arbre (10b) dans la position de moulage (M). 12°) Assemblage de soupapes à clapet selon la revendication 11, caractérisé ce que la seconde partie d'arbre (10b) en position de moulage (M) a une section circulaire de diamètre décroissant (D) vers la position fonctionnelle (F), la seconde partie d'arbre (10b) a, de préférence, une forme conique. 13°) Assemblage de soupapes à clapet selon la revendication 11 ou 12, caractérisé ce que l'arbre (2) a une troisième partie (10c) entre la première et la seconde partie d'arbre (10a, 10b), la troisième partie d'arbre (10c) ayant un dia-mètre (D3) supérieur au diamètre (D 1) de la première partie d'arbre (10a). 14°) Assemblage de soupapes à clapet selon la revendication 10, caractérisé ce qu' au moins un clapet (3) est prévu sur la partie d'arbre (9) à section non circulaire pour bloquer le clapet (3) en rotation par rapport à l'arbre (2). 15°) Collecteur d'admission d'air (6), caractérisé ce qu' il comporte un assemblage de soupapes à clapet (1) selon l'une des re- vendications 10 à 14.