Brevet FR3009045A1 — publié le 20150130

Roulement et moteur à combustion interne équipé d'un tel roulement Description La présente invention concerne un roulement, en particulier pour un moteur à combustion interne comprenant au moins un arbre d'équilibrage. Les moteurs à combustion interne peuvent comprendre des systèmes d'équilibrage, qui permettent de compenser les vibrations du moteur dues au déplacement des pistons. Un moteur à combustion interne comprend parfois un seul arbre d'équilibrage, mais plus généralement deux arbres d'équilibrage entraînés en rotation en opposition de phase par une roue dentée du vilebrequin du moteur à combustion interne. Les arbres d'équilibrages comprennent généralement au moins une masse excentrée, qui occasionne des charges radiales et axiales qui croissent avec la vitesse de rotation des arbres d'équilibrage. Les arbres d'équilibrage sont généralement montés dans des supports du moteur à combustion interne via des roulements dans lesquels sont définies des pistes de roulements pour des billes, des aiguilles ou des rouleaux. Il est connu notamment de US-A-2011/0247581 d'équiper les arbres d'équilibrage de roulements à une seule rangée de billes. Avantageusement, les roulements sont lubrifiés par une huile de lubrification du moteur à combustion interne, voire sont immergés dans ladite huile, un film d'huile se formant entre les éléments roulants et les pistes de roulement. Cependant, l'huile utilisée a une viscosité particulièrement faible. En raison de cette extrême fluidité, le film d'huile peut disparaître et les éléments roulants se trouvent en contact direct de type métal-métal contre les pistes de roulement. De ceci peut résulter la formation de particules de métal formant une pollution pour l'huile du moteur à combustion interne ainsi qu'une fatigue de surface entraînant une réduction de la durée de vie des éléments constitutifs des roulements. - 2 - C'est à ces problèmes qu'entend plus particulièrement répondre l'invention en proposant un nouveau roulement, utilisé en particulier pour un moteur à combustion interne comprenant au moins un arbre d'équilibrage, ayant une lubrification améliorée. A cet effet, l'invention concerne un roulement pourvu d'au moins une rangée d'éléments roulants entre une piste de roulement intérieure et une piste de roulement extérieure. Conformément à l'invention, au moins une desdites pistes de roulement du roulement est revêtue d'un revêtement de sulfure de tungstène (WSz). Le sulfure de tungstène (WS2) est un lubrifiant solide qui, malgré son état de phase solide, est capable de réduire les frottements entre deux surfaces glissant l'une contre l'autre sans requérir une grande quantité de lubrifiant. Une autre caractéristique est la présence de microcavités sur et dans le revêtement de sulfure de tungstène (WS2) qui, dans la présente invention, servent de réservoir à lubrifiant. En effet, une certaine quantité de lubrifiant de faible viscosité peut se retrouver stockée dans lesdites microcavités. Grâce à l'invention, en cas de disparition du film de lubrifiant entre les éléments roulants et une piste de roulement contre laquelle il est en contact de frottement, le lubrifiant stocké dans les microcavités du revêtement de sulfure de tungstène (WS2) assurent la lubrification entre les surfaces en contact glissant relatif des éléments roulants et de la piste de roulement. Un contact direct métallique entre les éléments roulants et la piste de roulement est ainsi prévenu, permettant d'augmenter la durée de vie de ces éléments et d'empêcher une pollution de l'environnement dans lequel il est monté par des particules métalliques. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel roulement peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible : - Les éléments roulants du roulement sont des billes. - Les éléments roulants sont des rouleaux ou des aiguilles. - Les éléments roulants du roulement sont maintenus plus ou moins régulièrement espacés circonférentiellement par une cage. - 3 - - Le roulement comprend une bague extérieure pourvue d'un alésage intérieur sensiblement cylindrique comprenant au moins une piste de roulement pour les éléments roulants. - Le roulement comprend une bague intérieure pourvue d'une surface extérieure sensiblement cylindrique comprenant au moins une piste de roulement pour les éléments roulants. - Le roulement est tel que la piste extérieure de roulement et la piste extérieure du roulement pour au moins une rangée d'éléments roulants sont toutes deux recouvertes d'un revêtement de sulfure de tungstène (WSz). - Au moins une piste de roulement pour les éléments roulants est un creux concave de forme essentiellement torique. - Le roulement est immergé dans du lubrifiant. - Le roulement comprend des joints d'étanchéité qui délimitent une chambre de roulement dans laquelle les éléments roulants de ce roulement sont disposés, ladite chambre de roulement étant tout ou partie remplie de lubrifiant. - Le roulement est à contacts obliques. - Le roulement est à contacts droits. - Le revêtement de sulfure de tungstène (WS2) d'au moins une piste de roulement est formé par des cristaux de sulfure de tungstène (WS2), autrement appelé disulfure de tungstène. - Les cristaux du revêtement de sulfure de tungstène (WS2) ont un diamètre cristallin compris entre 0,8 et 1,5 pm et une épaisseur d'au plus 100 nm. - L'épaisseur du revêtement de sulfure de tungstène (WS2) est comprise entre 0,5 et 0,8 pm. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant au moins un arbre d'équilibrage entraîné en rotation par un vilebrequin du moteur à combustion interne, ledit au moins un arbre d'équilibrage étant supporté en rotation de manière libre dans un bâti du moteur à combustion interne par au moins un roulement selon l'un des modes de réalisation mentionnés ci-dessus. - 4 - Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel moteur à combustion interne peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible : - Le au moins un roulement comprend une bague extérieure montée fixe dans le bâti du moteur à combustion interne, ladite bague extérieure étant pourvue d'un alésage intérieur sensiblement cylindrique comprenant au moins une piste de roulement pour les éléments roulants. - Le au moins un roulement comprend une bague intérieure montée sur un arbre d'équilibrage, ladite bague intérieure étant pourvue d'une surface extérieure sensiblement cylindrique comprenant au moins une piste de roulement pour les éléments roulants. - Le au moins un arbre d'équilibrage est pourvu d'une surface extérieure dont une portion est sensiblement cylindrique et comprend au moins une piste de roulement pour les éléments roulants du au moins un roulement. - Le moteur à combustion interne comprend un pignon suiveur interposé entre une roue dentée du vilebrequin et une roue dentée dudit au moins un arbre d'équilibrage. - Le moteur à combustion interne comprend deux arbres d'équilibrage, un pignon inverseur interposé entre une roue dentée du vilebrequin et une roue dentée de l'un des arbres d'équilibrage, et la rotation du pignon inverseur est permise par au moins un roulement à au moins une rangée d'éléments roulants. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisations d'un moteur à combustion interne conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un moteur à combustion interne conforme à l'invention, selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail II à la figure 1 selon ce premier mode de réalisation ; et - 5 - - la figure 3 est une vue à plus grande échelle du même détail II à la figure 1 mais selon un second mode de réalisation. Un moteur à combustion interne M est représenté sur la figure 1. Le moteur M comprend un bâti B. Le moteur à combustion interne M comprend un vilebrequin 2 dont une extrémité est munie d'une roue dentée 20. La roue dentée 20 est en prise avec une roue dentée 40 d'un premier arbre d'équilibrage 4, qui est monté libre en rotation dans trois supports 7 du bâti B. La rotation de l'arbre d'équilibrage 4 dans les supports 7 est permise par deux roulements 9 et 10 sur un premier côté de la roue dentée 40, et un troisième roulement 11 situé de l'autre côté de la roue dentée 40 par rapport aux roulements 9 et 10. Dans ce mode de réalisation, le moteur à combustion interne M comprend un second arbre d'équilibrage 12, comportant une roue dentée 120. L'arbre d'équilibrage 12 est monté libre en rotation dans trois supports 21 du bâti B. La rotation de l'arbre d'équilibrage 12 est permise par deux roulements 23 et 24 situés d'un premier côté de la roue dentée 120 et un troisième roulement 25 situé de l'autre côté de la roue dentée par rapport aux roulements 23 et 24. L'arbre d'équilibrage 12 est en prise avec un pignon inverseur 14, lui- même en prise avec la roue dentée 20. Le pignon inverseur 14 permet que le sens de rotation de l'arbre d'équilibrage 12 soit inversé par rapport au sens de rotation de l'arbre d'équilibrage 4. Le pignon inverseur 14 comprend un arbre 140 qui est monté libre en rotation dans un support 16 du bâti B, par l'intermédiaire d'un roulement 17. Le moteur à combustion interne M est ici représenté schématiquement de manière que les axes de rotation des arbres d'équilibrage 4 et 12, du pignon inverseur 14 et du vilebrequin 2 soient compris dans le même plan pour la compréhension du dessin. En pratique, les axes de rotation des arbres d'équilibrage 4 et 12, du pignon inverseur 14 et du vilebrequin 2 peuvent être compris dans des plans différents. Chacun des arbres d'équilibrage 4 et 12 comporte respectivement une masse excentrée ou balourd 42 et 122 qui permet d'obtenir la compensation - 6 - désirée des vibrations dues au déplacement des pistons, qui ne sont pas représentés pour des raisons de clarté. Les roulements 9, 10, 11, 23, 24 et 25 sont à double rangées d'éléments roulants et constitués chacun de deux roulements appairés l'un à l'autre et à une seule rangé d'éléments roulants. Avantageusement, les roulements 9, 10, 11, 23, 24 et 25 sont lubrifiés voire immergés dans une huile de lubrification du moteur à combustion interne M. Pour des raisons de simplification et de clarté, le roulement 23 est représenté seul à la figure 2, les autres roulements 9, 10, 11, 24 et 25 étant similaires. Le roulement 23 comporte un premier roulement 231 à une seule rangée d'éléments roulants 231a, ici des billes, et un second roulement 233 à une seule rangée d'éléments roulants 233a, ici des billes. Chacun des roulements 231 et 233 comporte respectivement une bague intérieure 231b, 233b montée sur une surface cylindrique extérieure 122 de l'arbre d'équilibrage 12 et une bague extérieure 231c, 233c montée dans le bâti B. Les roulements 231 et 233 sont accolés l'un à l'autre le long d'un axe de rotation X23, qui correspond également à l'axe longitudinal des roulements 231 et 233. Les bagues extérieures 231b, 233b et les bagues intérieures 231c, 233c sont accolées l'une à l'autre par un contact surfacique entre des faces latérales 231d du roulement 231 et des faces latérales 233d du roulement 233 opposées aux faces 231d. Les bagues extérieures 231b, 233b définissent un alésage intérieur 231e, 233e pourvu d'une portion concave en creux formant une piste de roulement 231f, 233f extérieures, respectivement, pour les éléments roulants 231a. Les bagues intérieures 231c, 233c définissent une surface cylindrique extérieure 231g, 233g pourvue d'une portion concave en creux formant une piste de roulement 231h, 233h intérieures, respectivement, pour les éléments roulants 233a. Conformément à l'invention, les pistes de roulement 231f, 231h et 233f et 233h des roulements 231 et 233 respectivement sont revêtues d'un revêtement de sulfure de tungstène (WS2). Des microcavités formées sur et dans le revêtement de sulfure de tungstène (WS2) servent de réservoir à l'huile de lubrification du moteur interne M. Ainsi, en cas de disparition du film de lubrifiant entre les éléments roulants 231a, 233a et une des pistes de - 7 - roulement 231f, 231h, 233f, 233h respectivement, l'huile stockée dans les microcavités du revêtement de sulfure de tungstène (WS2) assurent la lubrification entre les surfaces en contact glissant relatif des éléments roulants et de la piste de roulement. Conformément à un deuxième mode de réalisation représenté en figure 3, dans lequel les éléments identiques ont les mêmes références, un roulement 26 permettant la rotation de l'arbre d'équilibrage 12 diffère du mode de réalisation précédent en ce que la bague intérieure dudit roulement 26 et l'arbre 12 sont formés intégralement. Le roulement 26 est constitué d'un unique roulement à double rangée d'éléments roulants 26a, ici des billes, et comprend une bague extérieure 26b montée dans le bâti B. La bague extérieure 26b définit un alésage intérieur 26c pourvu de deux portions concaves en creux formant des pistes de roulement 26d extérieures pour les éléments roulants 26a. La bague intérieure du roulement 26 et l'arbre 12 sont formés intégralement. Ainsi l'arbre d'équilibrage 12 définit une surface cylindrique extérieure 122 pourvue de deux portions concaves en creux formant des pistes de roulement 122a intérieures pour les éléments roulants 26a. Selon ce mode de réalisation, les billes 26a sont en contact oblique avec les pistes de roulements 26c et 122a selon les lignes de contact L1 et L2 obliques. Conformément à l'invention, les pistes de roulement 26c et 122a du roulement 26 et de l'arbre 12 respectivement sont revêtues d'un revêtement de sulfure de tungstène (W52). Selon des variantes, au moins une de pistes de roulement pour les éléments roulants d'au moins un des roulements 9, 10, 11, 16, 17, 23, 24, 25, 26 est revêtue du revêtement de sulfure de tungstène (W52). Selon un mode de réalisation non représenté de l'invention, le moteur M ne comprend qu'un seul arbre d'équilibrage. Dans un tel cas, le pignon 14 est un pignon suiveur. Avantageusement, selon une variante non représentée, au moins un des roulements 9, 10, 11, 16, 17, 23, 24 ou 25 peut comprendre des joints d'étanchéité qui délimitent une chambre de roulement dans laquelle les éléments roulants de ce roulement sont disposés. Les joints d'étanchéité - 8 - maintiennent dans la chambre de roulement le lubrifiant, tel qu'une huile, disposé dans la chambre avant l'assemblage des joints d'étanchéité avec les bagues intérieures et extérieures du roulement. Selon d'autres variantes non représentées, les roulements 9, 10, 11, 16, 17, 23, 24 et 25 peuvent être des roulements à billes à contact obliques ou droits, des roulements à rouleaux ou à aiguilles, des roulements à double ou simple rangée, un seul roulement ou plusieurs roulements appairés les uns les autres, des roulements de types différents les uns les autres sans que cela ne sorte du cadre de la présente invention. Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes envisagées ci-dessus peuvent être combinées entre elles. REVENDICATIONS1. Roulement (9, 10, 11, 16, 17, 23, 24, 25, 26) pourvu d'au moins une rangée d'éléments roulants (231a, 233a, 26a) entre une piste de roulement intérieure (231h, 233h, 122a) et une piste de roulement extérieure (231f, 233f, 26d), caractérisé en ce qu'au moins une desdites pistes de roulement (231h, 233h, 122a, 231f, 233f, 26d) est revêtue d'un revêtement de sulfure de tungstène (WSz)- 2. Roulement selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une bague extérieure (231c, 233c, 26b) pourvue d'un alésage intérieur (231e, 233e, 26c) sensiblement cylindrique comprenant au moins une piste de roulement (231f, 233f, 26d) pour les éléments roulants (231a, 233a, 26a). 3. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une bague intérieure (231b, 233b) pourvue d'une surface extérieure (231g, 233g) sensiblement cylindrique comprenant au moins une piste de roulement (231h, 233h) pour les éléments roulants (231a, 233a). 4. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est immergé dans un lubrifiant. 25 5. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le revêtement de sulfure de tungstène (WS2) d'au moins une piste de roulement (231h, 233h, 122a, 231f, 233f, 26d) est formé par des cristaux de sulfure de tungstène (WS2), autrement appelé disulfure 30 de tungstène. 6. Roulement selon la revendication 5 caractérisé en ce que les cristaux du revêtement de sulfure de tungstène (WS2) ont un diamètre cristallin compris entre 0,8 et 1,5 dam et une épaisseur d'au plus 100 nm.- 10 - 7. Roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement de sulfure de tungstène (WS2) est comprise entre 0,5 et 0,8 dam. 8. Moteur à combustion interne (M) comprenant au moins un arbre d'équilibrage (4, 12) entraîné en rotation par un vilebrequin (2) du moteur à combustion interne (M), ledit au moins un arbre d'équilibrage (4, 12) étant supporté en rotation de manière libre dans un bâti (B) du moteur à combustion interne (M) par au moins un roulement (9, 10, 11, 16, 17, 23, 24, 25, 26) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Moteur à combustion interne selon la revendication 8 caractérisé le moins un roulement (9, 10, 11, 16, 17, 23, 24, 25) supportant le au moins un arbre d'équilibrage (4, 12) comprend une bague extérieure (231c, 233c) montée fixe dans le bâti (B) et une bague intérieure (231b, 233b) montée sur ledit arbre d'équilibrage (4, 12). 10. Moteur à combustion interne selon la revendication 8 caractérisé en ce que le moins un roulement (26) supportant le au moins un arbre d'équilibrage (12) comprend une bague extérieure (26b) montée fixe dans le bâti (B) et le au moins un arbre d'équilibrage (12) est pourvu d'une surface cylindrique extérieure (122) dont une portion est sensiblement cylindrique et comprend au moins une piste de roulement (122a) pour les éléments roulants (26a) du au moins un roulement (26).