Brevet FR3023595A1 — publié le 20160115

L'invention concerne un arbre comprenant au moins un corps fonctionnel, tel qu'un arbre à cames, fabriqué séparément de cet arbre et fixé sur celui-ci, arbre à cames qui peut être logé à l'intérieur d'un moteur à combustion interne, l'invention concernant également un procédé de fabrication de tels arbres et de moteurs à combustion interne équipés de tels arbres. Des arbres à cames assemblés, ainsi que des W procédés pour leur fabrication, dans lesquels des cames fabriquées pour ces arbres sont fixées sur un arbre, sont connus d'après les documents DE-OS 198 31 333, 199 38 791 et 101 01 539. De tels arbres à cames assemblés fournissent 15 une série d'avantages, par rapport à des arbres à cames forgés, de type courant. Ainsi, par exemple, grâce à la fabrication individualisée des cames et à la fixation de celles-ci, sur l'arbre, on obtient, au total, des diminutions 20 de coût, d'autant plus que les outils de forgeage, onéreux et coûteux, et des processus de fabrication, sont également supprimés, et l'on peut, pour les arbres et les cames, utiliser des matériaux différents, et ce, 25 respectivement de façon optimale. Lors de l'utilisation d'arbres creux, on obtient d'autres avantages, à savoir une diminution de poids et de coût. En outre, le principe des arbres à cames assemblés rend possibles des 30 tolérances de jeu beaucoup plus larges et beaucoup moins onéreuses pour la fabrication de modifications, d'adaptations et de variantes. En outre, le coûteux de processus de trempe de la totalité de l'arbre peut être supprimé. La fixation d'arbres à cames, qu'ils soient massifs en comportant des cames moulées en formant une seule et même pièce, ou bien qu'il s'agisse d'arbres à cames assemblés, est réalisée jusqu'à présent, soit par des fixations à glissement, soit au moyen de paliers à roulements divisés, car des paliers fermés, donc non divisés, pour l'utilisation entre deux cames voisines, n'ont pas pu être poussés par les W cames présentant un plus grand diamètre que les points d'appui. Il n'a donc pas été possible, pour les raisons indiquées précédemment, d'utiliser des arbres à cames comme des unités prémontées et d'utiliser les possibilités de M montage inhérentes à de telles unités prémontées, et il n'a pas été possible non plus d'exploiter les avantages de paliers à roulements, comme par exemple des pertes de puissance plus faibles. 20 D'autres arbres assemblés, à l'intérieur de moteurs à combustion interne, auxquels se rapporte également l'invention, sont par exemple des arbres d'équilibrage et des arbres de type analogue. Les inconvénients indiqués 25 précédemment s'appliquent aussi à de tels arbres assemblés. Les fixations pour de tels arbres dans les parties de carter, correspondantes, du moteur à combustion interne sont conçues, jusqu'à présent, également comme des paliers 30 lisses ou bien comme des paliers à roulements divisés. En tout cas, il s'agit de fixations qui sont prévues entre deux contrepoids d'équilibrage. Par conséquent, le but de l'invention 35 consiste à supprimer les inconvénients des arbres à cames utilisés jusqu'ici (également ceux concernant d'autres arbres, en particulier ceux dans le cas desquels le diamètre des organes fonctionnels est plus grand que celui des points d'appui, et où le corps de l'arbre s'étend à travers les organes fonctionnels). En particulier, le montage des moteurs doit être amélioré, simplifié et moins onéreux, la perte de puissance réduite et, par conséquent, le W carburant économisé. En outre, on doit améliorer la précision de fabrication de corps fonctionnels fabriqués séparément des arbres, puis engagés axialement,par pression, en ayant une forme s'écartant de la forme circulaire. En 15 particulier, on doit améliorer leurs surfaces fonctionnelles et, par conséquent, dans le cas de cames, améliorer leurs surfaces agissant sur les poussoirs de soupapes. Ce but est atteint, conformément à 20 l'invention, dans le cas d'un arbre ou d'un moteur à combustion interne équipé d'un tel arbre, par le fait que pour la fixation de l'arbre, sur lequel au moins un corps fonctionnel est engagé axialement par pression 25 et fixé solidaire en rotation, le corps fonctionnel est donc traversé par l'arbre - par exemple ce que l'on appelle un "arbre à cames assemblé" -, qu'au moins l'un des points d'appui est conçu comme une fixation sur des paliers à 30 roulements, où il est prévu, sur l'arbre, au moins un élément non divisé, donc en soi fermé, d'une fixation sur des paliers à roulements, et l'arbre forme par conséquent, avec l'élément d'un palier à roulement, au moins au nombre de 35 un, un ensemble préfabriqué. Ici, un palier à roulement complet, non divisé, peut être monté sur l'arbre, donc un palier à roulement du type comprenant une bague intérieure et une bague extérieure et des organes de roulement prévus entre ces bagues. Un deuxième mode de réalisation d'une fixation sur des paliers à roulements peut être conçu de manière telle, que les éléments des paliers à roulements, à savoir des organes de W roulement comprenant une cage non divisée et une bague extérieure non divisée, soient montés sur l'arbre, et les organes de roulement roulent directement sur l'arbre, une fixation sans bague intérieure est par conséquent formée. 15 Une troisième réalisation d'une fixation peut être conçue de manière telle, que seulement les organes de roulement - par exemple des aiguilles maintenus ensemble par une cage divisée, soient montés sur l'arbre, les organes 20 de roulement roulent d'une part directement sur l'arbre et, d'autre part, directement sur des zones de roulement placées dans la culasse. Une quatrième réalisation d'une fixation sur des paliers à roulements peut être conçue de 25 manière telle, qu'une bague intérieure de roulement soit montée sur l'arbre, les organes de roulement étant maintenus ensemble par une cage non divisée. Concernant des modes de réalisation dans le 30 cas desquels il est prévu, directement sur l'arbre, au moins un chemin de roulement pour les organes de roulement, donc dans le cas des deuxième et troisième modes de réalisation cités précédemment, il peut être approprié que l'arbre 35 se compose ici d'un matériau qui ait la qualité de bagues de roulement. Le point d'appui peut également être durci et meulé ou bien usiné au tour de haute précision. Si l'on utilise une fixation comprenant une bague intérieure, donc un palier complet comprenant une bague intérieure et une bague extérieure et des organes de roulement, ou bien un palier comprenant seulement une bague intérieure et des organes de roulement, il peut W alors être avantageux que - en plus des organes fonctionnels, comme les cames - la bague intérieure soit elle aussi fixée axialement sur l'arbre, solidaire en rotation, par un ajustage sans jeu. 15 Grâce à l'invention, il est possible d'exploiter les avantages paliers à roulements, par la fixation d'arbres à concernant également 20 l'étendue radiale des de la fixation sur des exemple dans le cas de cames, en particulier ceux dans lesquels cames dépasse, sur l'arbre, le rayon du logement du palier. Ici, il est particulièrement avantageux que l'arbre à cames soit creux, de sorte que l'on puisse faire passer alors de l'huile de 25 graissage à travers l'arbre creux où, pour ce faire, un perçage part de l'espace creux, allant jusqu'au point d'appui. Dans le cas d'une utilisation d'un palier à roulement comprenant une bague intérieure, il est approprié qu'une 30 gorge de forme annulaire soit prévue dans la zone intérieure de la bague intérieure, ou bien qu'une telle gorge soit placée dans la zone du logement du palier, gorge dans laquelle débouche le perçage déjà mentionné, traversant l'arbre. 35 De façon appropriée, un perçage, qui débouche d'une part dans la gorge et, d'autre part, dans le chemin de roulement des organes de roulement, est placé dans la bague intérieure du palier lui-même. Dans le cas de l'utilisation d'une fixation sur des paliers à roulements, sans bague intérieure, et comportant une bague extérieure non divisée et des corps de roulement retenus par une cage non divisée, le perçage radial mentionné est placé, de façon appropriée, dans l'arbre, perçage qui, dans la zone des organes de roulement, débouche dans le chemin de roulement. De la même manière, l'alimentation en lubrifiant, dans le cas d'une fixation sans bague intérieure et sans bague extérieure, peut être réalisée, par conséquent, seulement avec un organe de roulement retenu par une cage non divisée. Dans le cas de l'utilisation d'un arbre à cames conforme à l'invention, par exemple dans une culasse, utilisation dans laquelle l'alimentation en huile est réalisée de façon classique, à travers des perçages prévus dans la culasse. Par conséquent, dans le cas de l'utilisation d'un palier à roulement, à bague extérieure, il peut être approprié qu'une gorge de forme annulaire soit prévue dans le contour extérieur de la bague extérieure et / ou dans le contour de la culasse entourant la fixation, et que la bague extérieure comporte un perçage partant - au moins de façon presque radiale - de la gorge et allant jusqu'au chemin de roulement des organes de roulement. Pour limiter le flux d'huile de passage, il peut être avantageux de concevoir la gorge de forme annulaire et / ou le perçage comme un étranglement, au moins dans une zone partielle. Mais il peut être prévu également un joint d'étanchéité - également d'un seul tenant - sur au moins un côté de la fixation sur des paliers à roulements, mais le joint d'étanchéité est prévu, de façon avantageuse, des deux côtés des organes de roulement, étant donné que dans le cas d'une configuration appropriée des joints W d'étanchéité, comme joints fendus, ces joints peuvent produire un effet d'étranglement. Pour le guidage axial de l'arbre à cames, dans la culasse ou le bloc-moteur, il peut être approprié d'utiliser un palier axial et un 15 palier transversal dont la bague extérieure peut être fixée dans un creux de la culasse ou du bloc-moteur. Mais la fixation axiale de l'arbre peut être réalisée également par sûreté de forme, obtenue 20 au moyen d'un contour radial partant de l'arbre et agissant de façon conjointe avec un contour opposé, au niveau de la culasse ou du bloc-moteur. Le contour radial partant de l'arbre peut 25 être moulé sur l'arbre, mais le contour peut être formé également par le disque engagé axialement, par pression, ou bien de façon analogue, ou bien aussi par au moins un anneau de retenue. 30 Mais l'invention s'applique également au fait que dans le cas d'un arbre d'équilibrage pour un moteur à combustion interne, cet arbre d'équilibrage est fabriqué comme une pièce assemblée, se composant d'un corps de base de 35 l'arbre et de contrepoids d'équilibrage fabriqués séparément dudit corps de base de l'arbre, ces contrepoids d'équilibrage étant engagés axialement, en coulissant ou par pression, et fixés axialement sur cet arbre d'équilibrage et en étant solidaires en rotation avec celui-ci, lesquels contrepoids d'équilibrage sont appliqués, de façon appropriée, selon l'un des procédés décrits dans les documents DE-OS 198 31 333, 199 38 791 ou 101 01 539, où la fixation de ces contrepoids d'équilibrage peut être réalisée, en particulier selon la manière décrite, par au moins un élément d'un seul tenant d'un palier à roulement. L'invention concerne en outre des moteurs à combustion interne équipés de tels arbres. L'invention n'est pas limitée à des arbres à cames ou à des arbres d'équilibrage, mais elle concerne également d'autres arbres qui traversent un corps fonctionnel engagé en coulissant ou par pression. Une autre idée inventive se rapporte à la fabrication de ce que l'on appelle des arbres assemblés, avec des corps fonctionnels ovalisés, donc par exemple des arbres à cames dans le cas desquels des cames sont fixées sur un corps de base de l'arbre, par engagement axial par pression. Il est apparu que s'agissant de tels arbres à cames, dans le cas desquels les cames sont meulées seulement sur leur contour théorique puis engagées par pression, la forme extérieure des cames s'écarte du contour théorique, de manière telle que la gestion des fonctions du moteur soit influencée négativement. Ici, non seulement la zone de fixation de forme cylindrique est déformée, mais il se produit également des déformations dans la zone de bossage de la came. Par conséquent, l'autre idée de l'invention a pour but, présentement, d'éviter de telles déformations et, en particulier, de réaliser des arbres à cames dans le cas desquels le contour extérieur des corps fonctionnels, donc par exemple des cames, correspond aussi, à l'état monté, au W contour conforme aux spécifications. Cela est obtenu par le fait que lors du meulage du contour extérieur, il se produit un serrage de la came, par son perçage intérieur, au moyen d'un élément de serrage, par exemple un mandrin M de serrage hydraulique ou mécanique, où il se produit un élargissement de la came qui correspond à l'élargissement obtenu après l'assemblage de la came sur l'arbre à cames. De ce fait, le contour extérieur peut être fabriqué 20 exactement d'après le contour cible. Une autre idée inventive se rapporte à la configuration de corps fonctionnels, comme en particulier de cames pour un arbre à cames assemblé. Cette partie de l'invention a pour but 25 d'économiser le matériau, de diminuer le coût des arbres à cames et de réduire le déséquilibre concernant les arbres à cames. Cela est obtenu, conformément à l'invention, par le fait qu'une gorge traversant au moins partiellement la came, 30 dans la direction axiale, est introduite dans la zone du bossage de la came. Cette gorge peut être continue dans la direction axiale ou bien, le cas échéant, peut traverser la came seulement de façon partielle. La gorge - vue en direction 35 de la face avant de la came - peut être en forme de croissant de lune et être réalisée seulement sur un côté, mais aussi sur les deux côtés. Mais la gorge peut, aussi, être un creux continu, également au moins de forme presque circulaire. On voit qu'une partie non négligeable du matériau coûteux, qui est utilisée sinon dans le cas de cames pleines, peut être économisée. L'invention est expliquée de façon plus détaillée, à l'aide des figures 1 à 3. W Ici, la figure 1 montre un arbre à cames logé dans une culasse, La figure 2 montre une vue d'une came suivant la ligne II-II, et La figure 3 montre une vue en coupe suivant 15 la ligne III-III. L'arbre à cames 1 assemblé ou composé selon la figure 1 présente des cames 2 à 9 qui sont fixes, sur le corps de base 10 de l'arbre, par engagement axial, par pression, aussi bien dans 20 la direction axiale que dans la direction circonférentielle. Des configurations de paliers à roulements 11 à 15, conformées de façon différente dans l'exemple de réalisation représenté et engagées également de façon M axiale, par coulissement, sont prévues entre respectivement deux cames voisines. Pour la formation de la fixation représentée 11, on utilise un roulement à billes complet 17 comprenant une bague extérieure 18 et un palier 30 à roulement 19 et une bague intérieure 20. La fixation axiale de l'arbre à cames 1 est assurée ici par quatre anneaux de retenue 21 à 24. Mais pour la fixation axiale du palier, sur le corps de base de l'arbre et, par conséquent, 35 également de l'arbre à cames, dans la culasse, la bague intérieure de même que les cames peuvent être fixées axialement et solidaires en rotation sur le corps de base 10 de l'arbre à cames, et ce par au moins l'une des façons de procéder décrites dans les documents DE-OS 198 31 333, 199 38 791 ou 101 01 539. Dans le cas du point d'appui 11, le graissage du palier peut être effectué de façon particulièrement avantageuse, par l'espace creux 25 placé dans le corps de base 10, tandis que, comme cela est montré au-dessous de l'axe médian, il est prévu, dans le corps de base 10 de l'arbre, un perçage 26 qui débouche dans un espace creux 27 de forme annulaire et prévu dans la bague intérieure 20, espace creux à partir duquel part à nouveau un perçage radial 28 qui se termine dans le chemin de roulement des billes 19. Dans l'exemple de réalisation représenté au-dessus de l'axe médian, l'ouverture d'alimentation en lubrifiant, dans le corps de base 10 de l'arbre, est désignée par le repère 26a, ouverture d'alimentation en lubrifiant qui débouche dans l'espace creux 27a de forme annulaire, placé dans le corps de base 10 de l'arbre. Dans la zone de cet espace creux 27a, un perçage 28 mène au chemin de roulement des billes 19. Pour la limitation du volume de lubrifiant traversant le palier, le perçage 28, l'espace annulaire 27 et le perçage 28 peuvent être conçus comme des étranglements, mais ils peuvent être prévus également comme des éléments d'étanchéité 29, 30 agissant comme un joint fendu. Dans le cas de la configuration des points d'appui, comme le montre le point d'appui 12, à titre d'exemple, l'arbre à cames prémonté et comprenant des éléments non divisés d'une fixation sur des paliers à roulements, comprend aussi bien des organes de roulement 31 qui sont retenus par une cage 37 également non divisée, que la bague extérieure 32. Pour le graissage, un perçage 28 peut à nouveau traverser le corps de base 10 de l'arbre. Pour l'étranglement du flux d'huile de graissage, des joints 34, 35 peuvent être conçus comme des joints fendus. La fixation de la bague extérieure 32 est réalisée ici par un épaulement 35 de forme annulaire, dans le carter, et par un anneau de retenue 36, dans le carter. La fixation de l'arbre à cames, par rapport au carter, est réalisée par deux épaulements 38 de forme annulaire, placés dans le carter, et par un épaulement ou un disque 39 de forme annulaire qui est fixé, également par engagement axial, par pression, sur le corps de base 10 de l'arbre. Concernant une configuration d'un point d'appui 13, seul l'élément d'un palier à roulement - à savoir les organes de roulement 40 -, retenu de manière appropriée par une cage d'un seul tenant 37, est prémonté, dans le cas d'un arbre à cames fabriqué comme une unité prémontée. De la même manière que pour le point d'appui 11, le graissage peut, également dans le cas du point d'appui 13, être réalisé par un perçage 28, l'étranglement du flux d'huile étant obtenu par des joints fendus correspondants 33, 34. Concernant une configuration d'un point d'appui 14, l'unité prémontée, à savoir l'arbre à cames, et au moins des éléments non divisés d'une fixation sur des paliers à roulements, comprennent la bague intérieure 41 engagée en coulissant sur le logement de palier, ou bien engagée par pression, et les organes de roulement 42 qui sont retenus par une cage non divisée 43. Latéralement par rapport aux organes W de roulement 42, il peut être prévu à nouveau des joints 33, 34. Pour l'alimentation en lubrifiant, il peut être prévu, comme dans le cas du point d'appui 11, un perçage 26 dans le corps de base 10, en outre un espace creux 27 de 15 forme annulaire, dans la bague intérieure, et un perçage 28, dans la bague extérieure. Mais l'espace creux de forme annulaire peut être placé également dans le corps de base de l'arbre, et ce, sous la forme de l'espace 20 annulaire 27a à partir duquel le perçage 28a débouche alors dans le chemin de roulement. Pour la formation de fixations correspondant au point d'appui désigné par le repère 15, l'arbre à cames comprend à nouveau des paliers à 25 roulements complets se présentant sous la forme du roulement à aiguilles 44 comprenant une bague intérieure 45 engagée en coulissant ou par pression, une bague extérieure 46 et des organes de roulement 47, une cage 48 et des joints 49, M 50 conçus comme des étranglements. La bague extérieure 46 peut être fixée ici axialement - et également dans le cas du point d'appui 11 - par un ajustage sans jeu, et être utilisée comme palier du type à guidage axial. L'alimentation en lubrifiant est réalisée ici, de manière habituelle, via un perçage d'alimentation en huile 51 prévu dans la culasse, jusqu'à un espace creux 52 de forme annulaire appliqué autour de la bague de roulement extérieure 45, jusqu'à un perçage radial 53 prévu dans la bague extérieure. Mais le perçage 53 peut conduire également jusqu'à un espace creux 54 de forme annulaire, prévu dans W la bague de roulement extérieure 46 et, de là, à travers un passage 55, jusqu'à la surface de roulement des organes de roulement 47. Dans le cas d'une configuration des points d'appui correspondant au point d'appui 12 ou 13, 15 un chemin de roulement, pour les organes de roulement, est prévu directement sur le corps de base de l'arbre. Dans le cas d'une telle configuration, il peut être avantageux que le corps de base de l'arbre ait la qualité de 20 bagues de roulement. Mais les points d'appui des arbres, conformément aux points d'appui 12, 13, peuvent être également durcis, meulés ou bien usinés au tour de haute précision. 25 Dans le cas des configurations conformément aux points d'appui désignés par les repères 12 et 13, les points d'appui prévus pour les chemins de roulement extérieurs sont usinés en ayant une qualité en conséquence. 30 Comme on l'a déjà mentionné, l'invention n'est pas limitée aux arbres à cames, mais concerne également d'autres arbres, comme en particulier des arbres d'équilibrage, donc des arbres dans le cas desquels des éléments 35 fonctionnels dépassent du diamètre de l'arbre et où l'arbre continue à s'étendre des deux côtés des éléments fonctionnels, jusqu'à leurs points d'appui, et l'invention se rapporte aux corps fonctionnels de ces arbres d'équilibrage qui sont fixés de façon radiale et solidaires en rotation, en particulier par engagement axial, par pression, comme cela est décrit par exemple dans les documents DE-OS déjà mentionnés. La figure 2 montre la came 3, dans une vue W correspondant à la ligne II-II de la figure 1, et la figure 3 montre une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. La came 3 présente un perçage 60 et une zone partiellement cylindrique 61 qui passe dans une zone de 15 bossage 62. Dans la zone de bossage 62 de la came, une gorge 63 est formée pour économiser de la matière et gagner en poids. La gorge 63 peut être conçue en étant également continue dans la direction axiale. 20 De telles cames sont fabriquées par un usinage approprié, à savoir par forgeage, le cas échéant par grenaillage, par usinage au tour du perçage 60, par usinage au tour du perçage, par écrouissage, réalisé à la cote d'assemblage, par 25 meulage du contour circonférentiel et, le cas échéant, par ponçage de finition réalisé à leur cote finale. Dans le cas de l'engagement axial des cames, par pression, via leur perçage 60, la forme extérieure des cames se modifie cependant 30 par rapport au contour théorique prédéfini et ce, non seulement dans la zone cylindrique 61, mais aussi dans la zone de bossage 62. Pour obtenir une forme de la came correspondant exactement au contour théorique, même dans le 35 cas d'une came engagée par pression, la came 3, lors du meulage du contour extérieur 64, est logée sur un dispositif de serrage, en passant par son perçage intérieur 60 de forme circulaire, dispositif de serrage qui élargit la came de la même façon que dans le cas de l'engagement axial par pression. Pour ce faire, la came peut être logée alors sur un élément de serrage mécanique ou hydraulique qui produit le même type de recouvrement que dans le cas de la N came engagée sur l'arbre, par pression. De ce fait, le contour extérieur peut être fabriqué exactement d'après le contour cible. Après le desserrage de l'élément, la forme obtenue n'est pas conforme aux spécifications, mais après le 15 montage de la came, on obtient à nouveau la forme cible. REVENDICATIONS1. Arbre comprenant au moins un corps fonctionnel fabriqué séparément de l'arbre et engagé axialement en coulissant sur celui-ci et fixe en rotation avec celui-ci, corps fonctionnel qui est traversé par l'arbre, comme ce que l'on appelle "l'arbre à cames assemblé" qui peut être logé à l'intérieur d'un moteur à combustion interne, où au moins un point d'appui W est formé par une fixation (11 à 15) sur des paliers à roulements et il est prévu, sur l'arbre, au moins un élément (37), non divisé, d'un palier à roulement, dans lequel ledit palier à roulement comprend une bague intérieure 15 fixée sur ledit arbre, dans lequel la fixation (11 à 15) est une fixation du type comprenant une bague intérieure et des organes de roulement maintenus ensemble, dans lequel lors de l'utilisation d'un palier à roulement (19) 20 comprenant une bague intérieure, celle-ci a, dans sa zone intérieure, une gorge de forme annulaire, dans lequel la bague intérieure (20) a un perçage (26) s'étendant au moins presque de façon radiale et ledit arbre (1) est au moins 25 partiellement creux, et /9dans lequel le perçage (26) se termine d'une part dans la gorge et d'autre part dans le chemin de roulement des paliers à roulements (19). 2. Arbre selon la revendication 1, dans 30 lequel la fixation (11 à 15) est une fixation du type sans bague extérieure. 3. Arbre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la gorge et/ou le perçage sont formés comme un étranglement.