Brevet FR2979064A1 — publié le 20130222

PROCEDE DE REVETEMENT D'UNE CAME DE DISTRIBUTION [0001] L'invention concerne la fabrication des arbres à cames de moteurs à combustion interne, et en particulier l'application de revêtements réduisant l'usure et les frottements sur les cames. [0002] La distribution d'un moteur doit assurer le remplissage des cylindres en gaz frais, puis l'évacuation des gaz brûlés, tout en pouvant maintenir l'étanchéité du cylindre lors de la phase de compression et de la combustion. La distribution a donc une influence importante sur les performances et le niveau de pollution d'un moteur et elle est aujourd'hui en partie conçue en fonction de ces deux contraintes. Le système de distribution qui équipe classiquement les moteurs alternatifs à piston quatre temps, est celui à soupapes actionnées par des cames. La distribution à soupapes est actuellement la plus utilisée sur les moteurs à quatre temps car, par rapport aux autres, elle assure bien le remplissage/vidage de la chambre de combustion tout en étant fiable, simple et peu coûteuse. [0003] Les moteurs actuels emploient maintenant quasiment tous des arbres à cames en tête, c'est-à-dire positionnés au sommet de la culasse et entraînant directement les soupapes via des actionneurs. L'arbre à cames sert avant tout à commander les soupapes. L'arbre à cames est entraîné par le vilebrequin par l'intermédiaire d'une courroie, d'une chaîne, ou très rarement d'une cascade de pignons. Ces dernières peuvent aussi servir à entraîner un autre composant du moteur tel qu'une pompe. [0004] Les arbres à cames sont généralement : [0005] -en fonte : dans ce cas ils sont taillés dans la masse avec les cames (arbre à cames monobloc) ; [0006] -en acier. Les arbres à cames en acier sont généralement assemblés. Ils sont alors composés d'un tube d'acier sur lequel sont rapportés les cames (en acier forgé ou acier fritté) et les embouts, avant d'usiner l'ensemble de l'arbre à cames. Dans certains cas, lorsque l'arbre à cames est très sollicité mécaniquement, il peut être en acier taillé dans la masse. [0007] L'arbre à cames peut-être conçu pour lubrifier les paliers de guidage en rotation, ou même la came pour diminuer l'usure au contact de l'actionneur. Pour cela, des conduits de lubrification sont réalisés dans l'arbre. En pratique, le contact entre la came et l'actionneur est la zone de l'arbre à cames où l'usure est la plus importante. Son contact induit ainsi des contraintes particulières dans le choix des matériaux et de l'huile employés. [0008] Pour certains moteurs utilisés en compétition automobile, l'arbre à cames est intégralement revêtu d'un film lubrifiant sec de type DLC (pour Diamond Like Carbon en langue anglaise). Un tel lubrifiant sec est déposé par 2 9 79064 2 un procédé dit PVD (dépôt chimique en phase vapeur). Un tel procédé s'avère particulièrement onéreux pour une application à des moteurs produits en grandes séries. Par ailleurs, un tel procédé est particulièrement long à mettre en oeuvre, ce qui s'avère incompatible avec les cadences de fabrication de 5 moteurs produits en série. En outre, un tel procédé doit s'effectuer sur un arbre à came assemblé et recouvre donc des zones de l'arbre à cames pour lesquelles un revêtement n'est pas nécessairement souhaité. [0009] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un procédé pour revêtir une came avec un film 10 lubrifiant sec par sérigraphie, la came étant destinée à être fixée sur un arbre à cames, comprenant les étapes de : [0010] -enduction de la périphérie de la came avec une pâte précurseur d'un film lubrifiant sec ; [0011] -solidification de ladite pâte précurseur de façon à former ledit film 15 lubrifiant sec. [0012] Selon une variante, la pâte précurseur est enduite dans une gorge s'étendant sur la périphérie de la came. Selon encore une variante, la pâte précurseur est enduite dans la gorge de façon à remplir complètement la gorge, la gorge étant délimitée par deux bordures latérales. 20 [0013] Selon une autre variante, la partie externe des deux bordures latérales de la came est chanfreinée après solidification de la pâte précurseur. [0014] Selon encore une autre variante, la pâte précurseur est enduite dans une gorge présentant une profondeur comprise entre 5 et 50 micromètres. [0015] Selon une variante, la solidification est réalisée par cuisson de la pâte 25 précurseur. [0016] Selon une autre variante, la pâte précurseur est réalisée dans un solvant aqueux et comportant un polymère à coefficient de frottement au moins deux fois inférieur au coefficient de frottement du matériau de la came. [0017] Selon encore une autre variante, le procédé comprend le revêtement 30 par un film lubrifiant sec de chacune des cames d'un arbre à cames comportant de façon monobloc un arbre et plusieurs cames. [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 35 [0019] Les figures 1 à 3 illustrent différentes étapes d'un procédé de revêtement d'une came selon un mode de réalisation de l'invention ; [0020] La figure 4 est une vue en coupe agrandie d'un arbre à cames avant l'application d'un revêtement sur la came. [0021] Les figures 1 à 3 illustrent différentes étapes d'un procédé de 40 revêtement d'une came 3 par un film lubrifiant sec. Dans l'exemple illustré, la came 3 est formée d'un seul tenant avec l'arbre 2 d'un arbre à cames 1. La came 3 est ainsi solidaire de l'arbre 2. [0022] Lors d'une étape illustrée à la figure 1, on fournit une came 3 destinée à recevoir le film lubrifiant sec. Lors de cette étape, la surface de la came destinée à recevoir le film lubrifiant sec peut subir des traitements de préparation, par exemple un dégraissage. La surface de la came destinée à recevoir le film lubrifiant sec peut également faire l'objet d'un polissage. Pour faciliter la fixation et le maintien du film lubrifiant sec, la came 3 présente avantageusement une gorge 31 s'étendant sur sa périphérie. La gorge 31 est délimitée latéralement par deux bordures 32 et 33 de la came 3. Le film lubrifiant sec est ensuite appliqué par sérigraphie dans la gorge 31 [0023] Lors d'une étape illustrée à la figure 2, on enduit la périphérie de la came 3 avec une pâte 41 précurseur d'un film lubrifiant sec. L'enduction peut être réalisée au moyen d'un galet 4. Une telle pâte 41 est connue en soi. [0024] Lors d'une étape illustrée à la figure 3, on solidifie la pâte précurseur de façon à former un film lubrifiant sec 42 dans la gorge 31. La solidification de la pâte précurseur 41 peut être réalisée par tous moyens appropriés, par exemple par cuisson convection ou au moyen d'une lampe infra rouge. Avantageusement, la partie externe des bordures latérales 32 et 33 est chanfreinée, comme illustré à la figure 3, afin de favoriser la portée du contact par le film lubrifiant sec uniquement. [0025] L'invention permet ainsi de former un film lubrifiant sec économique, car la formation est réalisée avec une technique utilisée dans de nombreuses applications industrielles car le film lubrifiant sec n'est formé que dans les zones souhaitées et permet de réduire au maximum les pertes du produit précurseur du film lubrifiant sec. En outre, un tel procédé est particulièrement adapté pour une intégration dans une ligne de fabrication en série. [0026] L'homme du métier pourra utiliser tout lubrifiant sec approprié pour une application par sérigraphie. On peut notamment envisager l'utilisation d'un lubrifiant sec composé d'un polymère (par exemple un thermoplastique tel que le PEEK, une pâte telle que le PTFE) fluoré et/ou chargé en graphite, en nanotubes de carbone, en carbure de silicium ou en bisulfure de molybdène mélangé à un liant et à un solvant organique. Des lubrifiants secs tels que décrits dans les documents FR2870320 et FR2873783 peuvent notamment être formés. La pâte précurseur 41 sera typiquement réalisée dans un solvant aqueux et comportant un polymère à coefficient de frottement au moins deux fois inférieur au coefficient de frottement du matériau de la came 3. [0027] La pâte précurseur 41 est avantageusement enduite dans la gorge 31 de façon à faire saillie radialement par rapport aux bordures latérales 32 et 33 de la came 3. Ainsi, on garantit que le film lubrifiant sec est le seul composant de la came 3 en contact avec un autre composant. Cette surépaisseur peut également être utilisée pour réaliser un usinage du film lubrifiant sec 42 aux côtes souhaitées. Pour favoriser la tenue du film lubrifiant sec 42 dans la gorge 31, les bordures 32 et 33 comportent avantageusement un chanfrein 34 débouchant dans le fond de la gorge 31. [0028] Avantageusement, la pâte précurseur 41 est enduite dans la gorge 31 de façon à remplir complètement cette dernière. Les bordures 32 et 33 sont ensuite chanfreinées (par exemple de 1mm x 45°) afin de favoriser la portée du contact par le revêtement uniquement. Avantageusement, l'épaisseur du film lubrifiant sec 42 formé sur la came 3 est comprise entre 5 et 30 pm, et de préférence entre 10 et 30 pm. Cette épaisseur est avantageusement uniforme. En vue d'un usinage final (par exemple un super-polissage), le film lubrifiant sec 42 formé présente avantageusement une épaisseur comprise entre 20 et 80 pm. Cette épaisseur sera généralement fonction du matériau de la pâte précurseur 41 : plus le matériau du film lubrifiant sec 42 est résistant à l'usure et présente un coefficient de frottement faible, plus son épaisseur pourra être réduite. Un super polissage pourra ensuite être réalisé sur le film de lubrifiant sec 42 de façon à respecter les critères de rugosité suivants : Ra compris entre 0,05 et 0,2 et Rz compris entre 0,2 et 1,3. Avantageusement, la pâte précurseur 41 est enduite dans une gorge 31 présentant une profondeur comprise entre 5 et 50 pm. La largeur des bordures 32 et 33 est avantageusement comprise entre 0,5 et 1,5 mm. La largeur de la gorge 31 sera définie par la largeur du contact de la came 3 et pourra typiquement être comprise entre 6 et lOmm. [0029] L'invention s'avère particulièrement avantageuse pour un moteur à attaque directe, c'est-à-dire un moteur à combustion muni de poussoirs mécaniques interposés entre la came et la soupape. Le film lubrifiant sec 42 peut présenter une dureté inférieure à celle de l'actionneur en contact avec ce film lubrifiant sec 42. [0030] Dans l'exemple illustré, les cames 3 sont réalisées monobloc avec l'arbre 2. Les cames 3 peuvent ainsi être taillées dans la masse d'un arbre 2 forgé ou moulé selon une ébauche prédéfinie. L'invention s'applique bien entendu également à des arbres à cames 1 dans lesquels des cames 3 sont rapportées sur un arbre 2. De telles cames 3 peuvent être réalisées par frittage. De façon connue en soi, on peut réaliser le frittage d'une ébauche spécifique de la came par compression d'une poudre de frittage, l'ébauche pouvant être calibrée après frittage puis subir une trempe, un revenu et un refroidissement rapide (traitement thermique). Un usinage postérieur peut-être réalisé par rectification pour un tolérancement particulièrement précis. L'application de la pâte précurseur 41 peut être réalisée sur un empilement de plusieurs cames pour réduire le temps de cycle. Toutefois, l'application de la pâte précurseur 41 peut également être réalisée sur les cames 3 après leur montage sur l'arbre 2. REVENDICATIONS1. Procédé pour revêtir une came (3) avec un film lubrifiant sec (42) par sérigraphie, la came étant destinée à être fixée sur un arbre à cames (1), comprenant les étapes de : -enduction de la périphérie de la came avec une pâte précurseur d'un film lubrifiant sec ; -solidification de ladite pâte précurseur de façon à former ledit film lubrifiant sec (42). 10 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pâte précurseur (41) est enduite dans une gorge (31) s'étendant sur la périphérie de la came (3). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la pâte précurseur (41) est 15 enduite dans la gorge (31) de façon à remplir complètement la gorge, la gorge étant délimitée par deux bordures latérales (32,33). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la partie externe des deux bordures latérales (32,33) de la came (3) est chanfreinée après solidification 20 de la pâte précurseur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel la pâte précurseur (41) est enduite dans une gorge (31) présentant une profondeur comprise entre 5 et 50 micromètres. 25 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la solidification est réalisée par cuisson de la pâte précurseur. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 30 la pâte précurseur (41) est réalisée dans un solvant aqueux et comportant un polymère à coefficient de frottement au moins deux fois inférieur au coefficient de frottement du matériau de la came. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 35 comprenant le revêtement par un film lubrifiant sec de chacune des cames d'un arbre à cames (1) comportant de façon monobloc un arbre (2) et plusieurs cames.