Brevet FR3013791A1 — publié le 20150529

Dispositif de rouleau suiveur de came La présente invention concerne le domaine des dispositifs de rouleaux suiveurs de came utilisés dans les applications automobiles ou industrielles. Une application intéressante de l'invention concerne l'utilisation du dispositif de rouleau suiveur de came dans une pompe d'injection de carburant destinée à un moteur à combustion interne, notamment de véhicule motorisé tel qu'un véhicule automobile ou camion. Un tel dispositif comporte un poussoir ou corps et un rouleau monté à rotation sur le corps et prévu pour coopérer avec une came synchronisée avec l'arbre à cames du moteur à combustion interne de façon que la rotation de l'arbre à cames entraîne un déplacement périodique d'un piston de la pompe d'injection venant en appui contre ledit corps pour permettre une distribution de carburant. Une autre application intéressante de l'invention concerne l'utilisation du dispositif dans un système de culbuteur prévu pour la commande de soupapes d'un moteur à combustion interne à pistons. Dans cette application, le rouleau du dispositif est prévu pour coopérer par roulement avec une came de l'arbre à cames du moteur à combustion interne pour que la rotation de l'arbre à cames entraîne un pivotement périodique d'un corps du dispositif ou d'un corps de culbuteur pour actionner l'ouverture et la fermeture de soupapes du moteur. Pour ces dispositifs, il est généralement prévu, lors du fonctionnement du moteur à combustion interne, une alimentation continue en huile pour lubrifier la zone de contact entre le rouleau et un arbre de support de ce rouleau. Afin de diminuer les coûts liés à l'utilisation de tels dispositifs, il est souhaitable de réduire au minimum le débit d'huile de lubrification. En outre, dans certaines applications, les dispositifs de rouleau suiveur de came doivent être opérationnels même lors de périodes transitoires dans lesquelles l'alimentation en huile est interrompue ou dans lesquelles l'huile n'a pas encore atteint la zone de contact entre le rouleau et l'arbre de support, par exemple lors du démarrage du moteur à combustion. La présente invention vise à prévoir un dispositif de rouleau suiveur de came satisfaisant à ces exigences. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un dispositif nécessitant une alimentation limitée en lubrifiant. La présente invention vise encore à prévoir un dispositif facile à fabriquer, à monter, d'encombrement restreint et présentant un nombre limité de composants. Dans un mode de réalisation, le dispositif de rouleau suiveur de came comprend un corps, un rouleau, un arbre monté sur le corps et comprenant une portée extérieure pour le montage à rotation dudit rouleau. Le rouleau comprend une surface intérieure entourant radialement ladite portée extérieure et étant monté mobile à rotation par rapport à l'arbre. La portée extérieure de l'arbre et/ou la surface intérieure du rouleau comprennent une pluralité de cavités. Le rapport entre la somme des aires des cavités et l'aire totale de ladite portée extérieure, ou de ladite surface intérieure, sur laquelle sont formées lesdites cavités est compris entre 2 % et 40 %. Les cavités présentent une profondeur comprise entre 0,5 micromètre (1.1m) et 5 micromètres (11m). De préférence, ledit rapport est compris entre 5 % et 15 %. Les cavités peuvent présenter un profil en forme de calotte sphérique. Le diamètre des cavités peut par exemple être compris entre 20 pm et 80 i.tm. Dans un mode de réalisation, la surface intérieure du rouleau est montée radialement en contact avec la portée extérieure de l'arbre. Dans un autre mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un palier lisse interposé radialement entre la portée extérieure de l'arbre et la surface intérieure du rouleau. Une surface extérieure du palier lisse peut être montée radialement en contact avec la surface intérieure du rouleau et peut comprendre une pluralité de cavités. Alternativement ou en combinaison, une surface intérieure du palier lisse peut être montée radialement en contact avec la portée extérieure de l'arbre et peut comprendre une pluralité de cavités. Le rapport entre la somme des aires des cavités de la surface extérieure, ou de la surface intérieure, du palier lisse et l'aire totale de ladite surface sur laquelle sont formées lesdites cavités peut avantageusement être compris entre 2 % et 40 %, lesdites cavités présentant une profondeur comprise entre 0,5 i.tm et 5 i.tm. Dans un mode de réalisation, les extrémités de l'arbre sont fixées dans des trous du corps. Alternativement, le dispositif peut comprendre en outre un support fixé sur le corps et pourvu d'appuis ouverts supportant les extrémités de l'arbre. Dans un mode de réalisation, les surfaces pourvues des cavités parmi la portée extérieure de l'arbre et/ou la surface intérieure du rouleau sont recouvertes par un traitement de surface qui peut consister en une couche de revêtement à base de carbone, tel que du carbone amorphe apparenté au diamant qui est connu internationalement sous la désignation DLC, ou en une couche de revêtement à base de bisulfure de tungstène (WS2), ou encore en une oxydation du type oxyde noire (« black oxidizing » en langue anglaise). La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de rouleau suiveur de came selon un premier exemple de l'invention, - la figure 2 est une vue de détail illustrant la surface extérieure d'un arbre du dispositif de la figure 1, et - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe de dispositifs de rouleau suiveur de came selon des deuxième et troisième exemples de l' invention. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif de rouleau suiveur de came, désigné par la référence numérique générale 10, pouvant par exemple être utilisé dans une pompe d'injection de carburant destinée à un moteur à combustion interne. Le dispositif 10 comprend un poussoir ou corps 12 et un rouleau 14 monté à rotation par rapport au corps et destiné à venir en appui contre une came synchronisée avec l'arbre à cames du moteur à combustion interne ou directement contre une came dudit arbre. Le corps 12 délimite un évidement 12a ouvert vers l'extérieur et à l'intérieur duquel est monté le rouleau 14. Le rouleau 14 s'étend radialement en saillie à l'extérieur du corps 12. Le corps 12 peut avantageusement être obtenu à faible coût par forgeage ou par découpe, emboutissage et pliage à partir d'un flanc de tôle d'épaisseur mince. Le dispositif 10 comprend également un arbre 16, d'axe géométrique 16a, monté sur le corps 12 et supportant le rouleau 14. L'arbre 16 de support comprend une surface extérieure 16b cylindrique axiale sur laquelle est monté le rouleau 14. L'arbre 16 s'étend axialement de part et d'autre du rouleau 14. Les extrémités de l'arbre 16 sont montées à l'intérieur de trous 18, 20 traversants ménagés sur le corps 12 axialement en regard l'un par rapport à l'autre. L'arbre 16 est fixé par tout moyen approprié sur le corps 12. La portion de la surface extérieure 16b laissée libre par le corps 12 forme une portée extérieure de montage pour le rouleau 14. La portée extérieure est située axialement entre les extrémités de l'arbre 16 logées à l'intérieur des trous 18, 20 du corps. Le rouleau 14 est monté libre à rotation sur ladite portée extérieure de l'arbre 16. Dans l'exemple de réalisation illustré, le rouleau 14 est également monté libre en translation sur la portée extérieure de l'arbre 16. Le rouleau 14 comprend un alésage 14a cylindrique axial monté en contact radial direct avec la portée extérieure de l'arbre 16 et formant une surface intérieure, et une surface extérieure 14b cylindrique axiale radialement opposée audit alésage. La surface extérieure 14b du rouleau forme une surface de contact destinée à venir en appui contre la came associée du moteur à combustion interne. Afin de pouvoir réduire le débit de lubrifiant prévu pour la zone de contact entre le rouleau 14 et l'arbre 16 tout en permettant un fonctionnement sans alimentation en lubrifiant lors de périodes transitoires, une pluralité de cavités 22 (figure 2) est formée sur la portée extérieure de l'arbre 16. Les cavités 22 sont formées à partir de la surface extérieure 16b et s'étendent radialement vers l'intérieur. Les cavités 22 sont orientées radialement vers l'extérieur et ouvertes en direction de l'alésage 14a du rouleau. Les cavités 22 forment des évidements concaves ménagés sur la surface extérieure 16b de l'arbre et sont sensiblement globalement identiques les unes par rapport aux autres. Les cavités 22 peuvent être formées par un procédé de traitement par impact mécanique du type grenaillage avec des billes réalisées par exemple en acier, en céramique ou encore en verre. Les cavités 22 sont réparties sur la portée extérieure de l'arbre 16 de sorte que le rapport entre la somme des aires des parois délimitant les cavités 22 et l'aire totale de ladite portée est compris entre 2 % et 40 %. Préférentiellement, ledit rapport est compris entre 5 % et 15 %. En outre, les cavités 22 présentent une profondeur comprise entre 0,5 i.tm et 5 i.tm. Dans l'exemple de réalisation illustré, les cavités 22 présentent un profil en forme de calotte sphérique. Les cavités 22 peuvent présenter, sur la portée extérieure de l'arbre 16, un diamètre compris entre 20 i.tm et 80 i.tm. Dans des conditions normales de lubrification, les cavités 22 de l'arbre se remplissent de lubrifiant et forment des réservoirs qui peuvent ensuite permettre une diffusion du lubrifiant contenu lors de périodes transitoires dans lesquelles la zone de contact entre le rouleau 14 et l'arbre 16 n'est plus alimentée en lubrifiant. La demanderesse a déterminé qu'avec un taux de recouvrement et une profondeur tels que définis précédemment pour les cavités 22, il est possible de réduire le débit de lubrifiant à prévoir dans des conditions normales de lubrification tout en conservant un fonctionnement satisfaisant lors de périodes transitoires sans alimentation en lubrifiant. Les risques d'usure prématurée, de grippage ainsi que les pertes d'énergies par frottement sont ainsi sensiblement réduits. En outre, le couple de frottement entre le rouleau 14 et l'arbre 16 est également réduit. Dans l'exemple de réalisation décrit, les cavités 22 sont ménagées uniquement sur la portée de la surface extérieure 16a de l'arbre sur laquelle est monté le rouleau 14. En effet, l'interface de glissement entre l'arbre 16 et le rouleau 14 est formée par cette portée et par l'alésage 14a dudit rouleau radialement en regard. Pour des raisons de fabrication, il est cependant possible de prévoir de telles cavités sur la totalité de la surface extérieure 16b de l'arbre. Avantageusement, il est possible de prévoir en outre des cavités sur l'alésage 14a du rouleau qui sont formées à partir dudit alésage et s'étendent radialement vers l'extérieur. De telles cavités sont orientées radialement vers l'intérieur et ouvertes en direction de la surface extérieure 16a de l'arbre. Le taux de recouvrement défini par le rapport entre l'aire des cavités et l'aire de l'alésage 14a du rouleau ainsi que la profondeur des cavités sont identiques à ceux définis précédemment pour l'arbre 16. Ainsi, le débit de lubrifiant à prévoir peut encore être réduit. Dans une variante de réalisation, il pourrait être possible de prévoir des cavités uniquement sur l'alésage 14a du rouleau. L'exemple de réalisation illustré à la figure 3, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, diffère uniquement en ce que le dispositif 10 comprend en outre un palier 24 lisse interposé radialement entre le rouleau 14 et l'arbre 16. Le palier 24 lisse présente une forme de manchon annulaire et est coaxial au rouleau 14 et à l'arbre 16. Le palier 24 comprend une surface extérieure 24a cylindrique axiale montée radialement en contact contre l'alésage 14a du rouleau, et un alésage 24b cylindrique axial opposé monté radialement en contact contre la surface extérieure 16b de l'arbre. Le rouleau 14 est monté sur l'arbre 16 par l'intermédiaire du palier 24. Le palier 24 peut être fixé sur le rouleau 14, ou sur l'arbre 16 ou encore monté libre à rotation entre eux. La surface extérieure 24a du palier lisse et/ou l'alésage 24b cylindrique peut comprendre une pluralité de cavités destinées à former des réserves de lubrifiant de façon identique à celles prévues sur la portée extérieure de l'arbre 16 sur laquelle est monté le palier lisse 24 et/ou sur l'alésage 14a du rouleau. Dans une variante de réalisation, il pourrait être possible de prévoir en remplacement du palier lisse un roulement à aiguilles. L'exemple de réalisation illustré à la figure 4, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, diffère principalement du premier exemple de réalisation décrit en ce que le dispositif 10 comprend un support 26 monté axialement en appui contre une paroi de fond 12b du corps et comprenant des paliers ou appuis 26a, 26b ouverts et orientés radialement vers l'extérieur. Le support 26 est fixé sur le corps 12 par tout moyen approprié. Les appuis 26a, 26b présentent un profil semi-circulaire ouvert radialement vers l'extérieur avec un diamètre correspondant au diamètre de l'arbre 16. L'arbre 16 est monté radialement en contact contre les appuis 26a, 26b du support. Un circlips 28 est fixé sur l'arbre 16 et vient axialement en appui contre le rouleau 14. Dans l'exemple de réalisation illustré, un évidement est formé sur une des faces frontales du rouleau 14 pour le montage du circlips 28. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif 10 comprend également une bague de retenue 30 annulaire fixée à l'extrémité du corps 12 pour retenir le rouleau 14 relativement audit corps lors du transport et du montage du dispositif 10. Dans l'exemple illustré, la bague de retenue 30 est une pièce rapportée et fixée sur le corps 12. Alternativement, il pourrait être possible de former à l'extrémité du corps 12 une ou des déformations locales de matière de sorte à éviter un déplacement du rouleau 14 hors du corps 12 après montage. Dans cet exemple de réalisation, de manière identique aux premiers et second exemples de réalisation, au moins la portée extérieure de l'arbre 16 sur laquelle est montée le rouleau et/ou l'alésage 14a dudit rouleau comprennent des cavités telles que définies précédemment. La présente invention a été illustrée sur la base d'un dispositif de rouleau suiveur de came pouvant par exemple être utilisé dans une pompe d'injection de carburant destinée à un moteur à combustion interne. Il est également possible, sans sortir du cadre de l'invention, de prévoir un dispositif de rouleau suiveur de came dans un système de culbuteur qui est utilisé pour la commande de soupapes d'un moteur à combustion interne, et qui comprend un arbre, un rouleau, voire un palier lisse, tels que définis précédemment. REVENDICATIONS1. Dispositif de rouleau suiveur de came comprenant un corps (12), un rouleau (14), un arbre (16) monté sur le corps (12) et comprenant une portée extérieure pour le montage à rotation dudit rouleau, le rouleau comprenant une surface intérieure (14a) entourant radialement ladite portée et étant monté mobile à rotation par rapport à l'arbre, caractérisé en ce que la portée extérieure de l'arbre (16) et/ou la surface intérieure (14a) du rouleau comprennent une pluralité de cavités (22), le rapport entre la somme des aires des cavités et l'aire totale de ladite portée extérieure, ou de ladite surface intérieure, sur laquelle sont formées lesdites cavités étant compris entre 2 % et 40 %, lesdites cavités présentant une profondeur comprise entre 0,5 i.tm et 5 i.tm. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit rapport est compris entre 5 % et 15 %. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les cavités (22) présentent un profil en forme de calotte sphérique. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le diamètre des cavités (22) est compris entre 20 i.tm et 80 i.tm. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface intérieure (14a) du rouleau est montée en radialement en contact avec la portée extérieure de l'arbre (16). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un palier lisse (24) interposé radialement entre la portée extérieure de l'arbre (16) et la surface intérieure (14a) du rouleau. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel une surface extérieure (24a) du palier lisse est montée radialement en contact avec la surface intérieure (14a) du rouleau et comprend une pluralité de cavités. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, dans lequel une surface intérieure (24b) du palier lisse est montée radialement encontact avec la portée extérieure de l'arbre et comprend une pluralité de cavités. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le rapport entre la somme des aires des cavités de la surface extérieure (24a), ou de la surface intérieure (24b), du palier lisse et l'aire totale de ladite surface sur laquelle sont formées lesdites cavités est compris entre 2 % et 40 %, lesdites cavités présentant une profondeur comprise entre 0,5 nm et 5 nm. 10.Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les extrémités de l'arbre (16) sont fixées dans des trous (18, 20) du corps. 11.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre un support (26) fixé sur le corps et pourvu d'appuis (26a, 26b) ouverts supportant les extrémités de l'arbre (16).