Brevet FR3031784A1 — publié le 20160722

ARBRE D'EQUILIBRAGE ET MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un arbre d'équilibrage et 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'équilibrage comprennent généralement au moins une masse excentrée, qui occasionne des charges radiales et axiales croissant 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 à billes, à aiguilles ou à rouleaux. Il est connu notamment à partir du document US-A-2011/0247581 que l'on peut équiper les arbres d'équilibrage de roulements à une seule rangée de billes. De tels roulements présentent un jeu axial non contrôlable qui générera un bruit et une pollution importants et ont une durée de vie réduite quand ils sont utilisés pour supporter des arbres d'équilibrage. Il est connu à partir du document US 7,823,567 B2 que l'on peut équiper un arbre d'équilibrage d'une came pour l'interaction avec un rouleau suiveur de came pour une pompe d'injection de carburant de moteur à combustion interne. L'intégration d'une came dans un arbre d'équilibrage impose des limitations, concernant le jeu axial de l'arbre d'équilibrage, auxquelles il est difficile de répondre, surtout en considération des forces axiales générées par les roues dentées du vilebrequin à profil hélicoïdal. Le brevet d'invention FR 2 913 739 décrit un procédé de fabrication de roulements appairés. C'est à ces inconvénients qu'entend remédier l'invention en proposant un nouveau moteur à combustion interne, dont les arbres d'équilibrage équipés d'une came sont supportés en rotation de façon plus fiable que dans l'état de la technique. À cet effet, l'invention concerne un arbre d'équilibrage adapté pour être entraîné en rotation par un vilebrequin d'un moteur à combustion interne, ledit arbre d'équilibrage étant équipé de roulements pour être monté libre en rotation dans un bâti du moteur à combustion interne. L'arbre d'équilibrage comporte une came pour l'interaction avec un rouleau suiveur de came pour une pompe d'injection de carburant de moteur à combustion interne. Ce moteur à combustion interne est caractérisé en ce que deux desdits roulements sont placés à proximité immédiate des deux côtés axiaux de la came. On peut ainsi reprendre les charges axiales introduites par le suiveur de came d'une manière très efficace. Selon un mode de réalisation préféré, une distance axiale entre les faces axiales de la came et les faces axiales desdits deux roulements est inférieure à 1 cm, de préférence même inférieure à 0,5 cm. Dans le cadre de l'invention, l'expression « à proximité immédiate » signifie qu'il n'existe aucune unité fonctionnelle ou espace non nécessaire entre la came et les roulements. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'arbre d'équilibrage comprend un balourd. L'invention propose qu'au moins un des deux roulements soit placé entre le balourd et la came. Ainsi, on peut reprendre une force centrifuge générée par la masse excentrée du balourd d'une manière très efficace. Dans une configuration préférée, un jeu radial du roulement placé entre le balourd et la came est supérieur au jeu radial de l'autre des deux roulements. On peut ainsi obtenir une distribution homogène des forces radiales sur les roulements. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'arbre d'équilibrage est équipé d'au moins un troisième roulement placé sur un côté axial du balourd opposé 30 de la came. Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits roulements sont des roulements à double rangée d'éléments roulants comprenant chacun deux roulements à une rangée d'éléments roulants appairés l'un à l'autre. Grâce à l'invention, le jeu axial des roulements qui supportent la rotation des arbres d'équilibrage peut être annulé, ce qui permet de réduire le bruit produit par les roulements, de réduire l'usure du rouleau suiveur de came et de sa piste de roulement et de prolonger leur durée de vie. Selon les 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 : les éléments roulants sont des billes, des rouleaux ou des aiguilles. De plus, les roulements peuvent être à contacts obliques ou à contacts droits. Selon un mode de réalisation préféré, les roulements à une rangée d'éléments roulants comportent une première bague et une deuxième bague fabriquées de telle manière qu'il existe un écart axial entre les surfaces axiales de la première bague et de la deuxième bague dans une configuration sans forces axiales. De préférence, ces roulements à une rangée d'éléments roulants sont appairés tel que les deux roulements à une rangée d'éléments roulants, constituant un des roulements à double rangée d'éléments roulants, ont des écarts axiaux complémentaires. Selon un mode de réalisation préféré, les roulements à simple rangée de billes sont des roulements à billes à gorge profonde dont les bagues comportent une gorge circulaire toroïdale formant un chemin de roulement. Des billes sont disposées entre les chemins de roulement et sont maintenues à espacement circonférentiel régulier par une cage. Le roulement est monté avec un certain jeu interne radial et axial, qui dépend du diamètre des fonds de gorge des bagues, du diamètre des billes, et du rayon des chemins de roulement en section droite par un plan axial. Le jeu interne du roulement se traduit par la possibilité d'un léger déplacement radial exercé sur une bague par rapport à l'autre, sous l'action d'un effort radial ou axial exercé sur l'une les bagues. Grâce à la capacité de supporter des charges axiales importantes, l'invention permet la combinaison d'une came avec une roue dentée à profil hélicoïdal sur le même arbre d'équilibrage. Pour l'appairement des roulements, on fabrique et sélectionne les roulements qui, lorsqu'ils sont disposés côte à côte et face contre face, forment un ensemble qui présente un jeu axial voisin de zéro et un certain angle de contact entre les billes et les chemins de roulement afin de pouvoir fonctionner en supportant à la fois une charge radiale et une charge axiale. La fabrication des roulements à une rangée de billes peut inclure une étape de rectification pour réduire la largeur d'une des bagues, qui sont d'abord fabriquées avec une largeur axiale égale. On entend par largeur, la dimension axiale d'une surface radiale frontale à l'autre. L'ensemble ainsi formé forme un palier à roulement fonctionnant avec un jeu axial très proche de zéro et capable de supporter des charges axiales et radiales. Selon un mode de réalisation de l'invention, les roulements permettant la rotation de l'arbre d'équilibrage sont à contacts obliques. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les roulements permettant la rotation de l'arbre d'équilibrage sont à contacts droits. Selon un mode de réalisation, les écarts axiaux réels sont mesurés pour une pluralité des roulements et l'on appaire les roulements ayant des écarts complémentaires ou nuls. La sélection des roulements pour l'appairement peut en plus être effectuée en mesurant les écarts relatifs des surfaces radiales terminales des bagues et en appliquant des forces axiales opposées. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'un moteur à combustion interne conforme à son principe, donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexes dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un moteur à combustion interne conforme à l'invention ; 303 1 784 5 - la figure 2 est une vue à plus grande échelle du détail II de la figure 1 Un arbre d'équilibrage 10 d'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 (non représenté) dont une extrémité est 5 munie d'une roue dentée. La roue dentée du vilebrequin est en prise avec une roue dentée 20 de l'arbre d'équilibrage 10, qui est monté libre en rotation dans deux supports 22 du bâti B. La rotation de l'arbre d'équilibrage 10 dans les supports est permise par trois roulements radiaux 12, 13 et 14 à double rangée 10 d'éléments roulants sur un premier côté de la roue dentée 20 à profil hélicoïdal. Un quatrième roulement axial 15 est placé sur un deuxième côté de la roue dentée. L'arbre d'équilibrage 10 comporte une masse excentrée ou balourd 42 qui permet d'obtenir la compensation désirée des vibrations dues au 15 déplacement des pistons, qui ne sont pas représentés pour des raisons de clarté. Selon l'invention, l'arbre d'équilibrage 10 comporte une came 16 pour l'interaction avec un rouleau suiveur de came 18 pour une pompe d'injection de carburant. 20 Le premier roulement 12 est placé sur une première extrémité de l'arbre d'équilibrage 10 à proximité immédiate du côté axiale de la came 16 écarté de la roue dentée 20. Un deuxième roulement 13 est placé sur l'arbre d'équilibrage 10 à proximité immédiate du côté axiale de la came 16 faisant face à la roue dentée 20. On peut ainsi reprendre les charges axiales 25 introduites par le suiveur de came 18 d'une manière très efficace. Une distance axiale entre les faces axiales de la came 16 et les faces axiales des roulements 12 et 13 est inférieure à 1 cm, de préférence même inférieure à 0,5 cm. L'arbre d'équilibrage 10 comprend un balourd 42. Le deuxième roulement 13 30 est placé entre le balourd 42 et la came. Ainsi, on peut reprendre une force centrifuge générée par la masse excentrée du balourd 42 d'une manière très efficace. Le jeu radial du roulement 13 placé entre le balourd 42 et la came 16 est supérieur au jeu radial du premier roulement 12. On peut ainsi obtenir une distribution homogène des forces radiales sur les roulements 12, 13 et 14. Le troisième roulement 14 est placé sur un côté axial du balourd 42 écarté de la came 16. En pratique, le moteur à combustion interne comporte deux arbres d'équilibrage 10 et chacun de ces arbres d'équilibrage peut être monté libre en rotation en utilisant quatre ou encore plus de roulements. Les roulements 12, 13 et 14 à double rangée d'éléments roulants comportent chacun deux roulements 12a, 12b; 13a; 13b; 14a et 14b à une rangée d'éléments roulants appairés l'un à l'autre. Les roulements 12a, 12b; 13a ; 13b; 14a et 14b à une rangée d'éléments roulants sont des roulements à contacts droits. En particulier, chacun des deux roulements 12a, 12b; 14a, 14b à une rangée d'éléments roulants comporte une première bague et une deuxième bague fabriqués de telle manière qu'il existe un écart axial entre les surfaces axiales de la première bague et de la deuxième bague, dans une configuration sans forces axiales. Les roulements 12a, 12b ; 13a, 13b, 14a et 14b à une rangée d'éléments roulants sont sélectionnés et appairés tel que les roulements 12a, 12b; 13a; 13b; 14a et 14b à une rangée d'éléments roulants constituant un des roulements 12, 13, 14 à double rangée d'éléments roulants ont des écarts axiaux complémentaires. Selon un mode de réalisation, les roulements 12, 13 et 14 à double rangée d'éléments roulants sont lubrifiés par une huile de lubrification du moteur à combustion interne M. Selon un mode de réalisation, les roulements 12, 13 et 14 à double rangée d'éléments roulants sont équipés de joints d'étanchéité qui maintiennent, dans une chambre de roulement délimitée par lesdits joints, un lubrifiant, tel qu'une huile ou une graisse, disposée avant l'assemblage desdits joints avec les bagues du roulement. L'appairement des roulements 12a, 12b; 13a; 13b; 14a et 14b permet d'éliminer le bruit généré par le fonctionnement des roulements 12, 13 et14 en supprimant le jeu axial. Comme représenté sur la figure 2 pour le roulement 12 uniquement, le roulement 12 comporte un premier roulement 12a à une seule rangée de billes et un second roulement 12b à une seule rangée de billes. Chacun des roulements 12a et 12b comporte respectivement une rangée de billes, disposée entre une bague intérieure et une bague extérieure. Les roulements 12a et 12b sont accolés l'un à l'autre le long d'un axe de rotation qui correspond également à l'axe longitudinal des roulements 12a et 12b. Les bagues intérieures et les bagues extérieures sont accolées l'une à l'autre par un contact surfacique entre les faces latérales du roulement 12a et les faces latérales du roulement 12b opposées aux faces latérales du roulement 12a. Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes décrits ci-dessus peuvent être combinées dans le cadre de la présente invention tel que défini dans les revendications. REVENDICATIONS1. Arbre d'équilibrage (10) adapté pour être entraîné en rotation par un vilebrequin d'un moteur à combustion interne, ledit arbre d'équilibrage (10) étant équipé de roulements (12, 13, 14) pour être monté libre en rotation dans un bâti du moteur à combustion interne ainsi que d'une came (16) pour l'interaction avec un rouleau suiveur de came (18) pour une pompe d'injection de carburant, caractérisé en ce que deux desdits roulements (12, 13, 14) sont placés à proximité immédiate des deux côtés axiaux de la came (16). 2. Arbre d'équilibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une distance axiale entre les faces axiales de la came et les faces axiales desdits deux roulements est inférieure à 1 cm. 3. Arbre d'équilibrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre d'équilibrage (10) comprend un balourd (42) et en ce qu'au moins un desdits deux roulements est placé entre le balourd (42) et la came (16). 4. Arbre d'équilibrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un jeu radial du roulement (13) placé entre le balourd (42) et la came (16) supérieur au jeu radial de l'autre des deux roulements (12). 5. Arbre d'équilibrage selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit arbre d'équilibrage (10) est équipé d'au moins un troisième roulement (12, 13, 14) placé sur un côté axial du balourd (42) écarté de la came (18). 303 1 784 9 6. Arbre d'équilibrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits roulements (12, 13, 14) sont des roulements à double rangée d'éléments roulants. 5 7. Arbre d'équilibrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits deux roulements (12, 13, 14) comportent deux roulements (12a, 12b; 14a, 14b) à une rangée d'éléments roulants appairés l'un à l'autre. 8 Arbre d'équilibrage selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacun des deux roulements (12a, 12b; 14a, 14b) à 10 une rangée d'éléments roulants comporte une première bague et une deuxième bague fabriquées de telle manière qu'il existe un écart axial entre des surfaces axiales de la première bague et de la deuxième bague dans une configuration sans forces axiales, les roulements (12a, 12b; 14a, 14b) à une rangée d'éléments roulants étant appairés de telle manière que les 15 roulements (12a, 12b; 14a, 14b) à une rangée d'éléments roulants constituant un des roulements (12, 13, 14) à double rangée d'éléments roulants ont des écarts axiaux complémentaires. 9. Arbre d'équilibrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit arbre d'équilibrage (10) comporte une roue 20 dentée (20) à profil hélicoïdal. 10. Moteur à combustion interne comportant un arbre d'équilibrage selon l'une des revendications précédentes.