Brevet FR3030652A1 — publié le 20160624

VILEBREQUIN COMPORTANT DES MOYENS DE REFROIDISSEMENT PAR CHANGEMENT DE PHASE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un vilebrequin de moteur thermique. La présente invention concerne particulièrement un vilebrequin comportant des moyens de refroidissement localisés pour pallier des surchauffes temporaires du maneton ou du tourillon. La présente invention concerne également un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Etat de la technique Les moteurs à combustion interne ou thermiques de véhicules automobiles comportent un vilebrequin maintenu solidaire d'un carter du moteur par des paliers, lesdits paliers entourent une partie du vilebrequin sensiblement dans l'axe du vilebrequin et connue sous le nom de tourillon. Ledit vilebrequin est mis en mouvement en rotation autour de son axe longitudinal sensiblement parallèle à l'axe du moteur par une bielle comportant une tête de bielle à une première extrémité basse et entourant une partie dudit vilebrequin connue sous le nom de maneton, et une extrémité haute opposée solidaire d'un piston. Ledit piston est apte à coulisser dans un cylindre selon un mouvement de va-et-vient pour entrainer le vilebrequin en rotation autour de son axe longitudinal. Entre le maneton et la surface de la tête de bielle en regard est agencé un coussinet qui est composé de manière connue de deux demi-cylindres complémentaires entourant le maneton, pour améliorer les mouvements relatifs de rotation de la tête de bielle autour du maneton tout en diminuant les frottements de glissement. De façon analogue, un coussinet est également interposé au niveau du tourillon du vilebrequin c'est-à-dire logés dans des paliers entourant ledit tourillon du vilebrequin. Du fluide de lubrification est amené entre les surfaces de contact du coussinet en regard avec la surface extérieure du maneton ou du tourillon. Dans la suite de ce document, il est fait mention uniquement du coussinet entourant le maneton mais il va de soi que cela concerne également le coussinet entourant le tourillon. Les liaisons entre les coussinets et le vilebrequin sont soumises à des efforts mécaniques très importants et dans certaines conditions de fonctionnement ledit vilebrequin peut entrer en contact avec le coussinet. Des impuretés telles que des poussières ou des particules peuvent ainsi se mettre entre les surfaces de contact du vilebrequin avec les coussinets et conduire à un grippage. Le grippage est de manière connue un phénomène de blocage entre deux surfaces qui frottent l'une contre l'autre, en conséquence par exemple d'une mauvaise lubrification. Le grippage peut entrainer une déformation superficielle avec un transfert de matière susceptible d'altérer l'état de surface des surfaces de contact. Il peut également entrainer un échauffement sensible et localisé des pièces entrant en contact. Ledit échauffement peut être relativement brusque et très important et peut entrainer une déformation des pièces. En effet, les coussinets sont adaptés à fonctionner dans certaines conditions de régime et charge en un mode instable. Dans ces états, tout écart de géométrie dû par exemple à des impuretés ou de défaut de forme du vilebrequin peut entrainer des phénomènes de divergences thermiques des coussinets qui peuvent conduire à la casse du moteur. Des solutions ont été mises en place pour réduire les conséquences 25 desdites impuretés avec des modifications fort onéreuses et pouvant entrainer une augmentation de la masse du moteur. La publication FR- A1-2 996 887 divulgue ainsi des coussinets présentant des revêtements DLC (pour « Diamond like Carbon » en anglais) qui confèrent au coussinet une bonne résistance au frottement et au phénomène 30 de grippage. Toutefois, la grande dureté limite sa capacité à accepter le passage de poussières. Un autre inconvénient est la complexité de la solution décrite avec des zones de revêtement DLC réduites. Bref résumé de l'invention Le but de l'invention est de pallier les inconvénients des solutions proposées dans les publications antérieures et de présenter un vilebrequin comprenant des tourillons et manetons entourés par des coussinets et susceptibles d'absorber une quantité de chaleur pour éviter des divergences d'élévation de températures dues au passage d'impuretés entre les coussinets et le tourillon ou le maneton 10 Un des objets de la présente invention concerne particulièrement un vilebrequin de moteur thermique comprenant au moins une partie cylindrique entourée par un coussinet logé dans des éléments dudit moteur, caractérisé en ce que ladite au moins une partie cylindrique comporte des moyens d'absorption de la chaleur sans élévation de température. 15 De manière avantageuse, ladite au moins une partie cylindrique du vilebrequin comprend des moyens aptes à absorber une quantité de chaleur due à l'échauffement de ladite partie cylindrique lors du passage d'impuretés entre ledit coussinet et ladite partie cylindrique. De manière connue, le coussinet est logé dans une tête de bielle ou dans des paliers et entoure un 20 maneton ou un tourillon de vilebrequin. Lesdits moyens d'absorption de chaleur sont agencés dans la au moins partie cylindrique et à proximité de la surface de contact de ladite au moins une partie cylindrique avec le coussinet. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : -lesdits moyens d'absorption de chaleur sont logés dans au moins une 25 chambre creusée dans ladite au moins une partie cylindrique. De manière avantageuse, la au moins une partie cylindrique comprend au moins une chambre contenant les moyens d'absorption, ladite chambre est obtenue par perçage ou issue du moulage de la au moins une partie cylindrique. -ladite au moins une chambre s'étend longitudinalement selon l'axe de ladite au moins une partie cylindrique. De manière avantageuse, la au moins une chambre s'étend sensiblement longitudinalement de façon sensiblement parallèle à l'axe de la au moins une partie cylindrique afin de pouvoir absorber efficacement la chaleur produite au niveau de la surface de contact de la au moins une partie cylindrique. Ladite partie cylindrique pouvant comprendre des conduits de refroidissement, la au moins une chambre peut également s'étendre selon un axe faisant un angle avec l'axe de la partie cylindrique afin de prendre en compte les implantations 10 desdits conduits de refroidissement de ladite partie cylindrique. -ladite au-moins une chambre est sensiblement répartie autour de l'axe de ladite au moins une partie cylindrique. De manière avantageuse, la au moins une chambre est sensiblement répartie selon la section radiale de la au moins une partie cylindrique afin de 15 pouvoir prendre en compte de manière dynamique un échauffement localisé sur la surface de contact de la au moins une partie cylindrique. En effet, ladite au moins une chambre est agencée sensiblement proche d'une zone d'échauffement. -les moyens d'absorption sont aptes à absorber une quantité de chaleur à 20 partir d'un seuil de température. De manière avantageuse, les moyens d'absorption sont aptes à absorber une quantité d'énergie issue de l'échauffement de la au moins une partie cylindrique à partir d'un seuil de température. La phase d'absorption d'énergie est donc déclenchée à partir d'un seuil de température caractérisant un risque 25 de graves dommages à ladite partie cylindrique et au moteur. -les moyens d'absorption comprennent une matière fusible avec un changement de phase à une température de seuil. De manière avantageuse, les moyens d'absorption comprennent une matière fusible présentant un changement de phase. Ainsi la chaleur latente de 30 changement de ladite matière permet d'absorber une quantité de chaleur égale issue de l'échauffement de la au moins une partie cylindrique. -les moyens d'absorption comprennent une matière à base de polymère. De manière avantageuse, les moyens d'absorption comprennent une matière à base de polymère qui est facilement malléable et transformable pour être logée dans la au moins une chambre dans la au moins une partie cylindrique. -ladite au moins une partie cylindrique est un maneton ou un tourillon. De manière avantageuse, la au moins une partie cylindrique est un maneton ou un tourillon du vilebrequin afin de réduire les risques d'échauffement sur l'ensemble des surfaces de contact des parties cylindriques du vilebrequin entourées par des coussinets. 10 Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : 15 -la figure 1 est une vue de coupe longitudinale d'un vilebrequin. -la figure 2 est une vue schématique d'une partie cylindrique de vilebrequin selon l'invention. Description détaillée des figures Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques 20 désignent ,des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. Un moteur à combustion interne ou thermique de véhicule automobile (non représentés) comprend un vilebrequin 20 maintenu en position vis-à-vis du carter du moteur par des paliers 21. De manière connue, le vilebrequin est composé de tourillons alignés formant l'axe central X. Entre lesdits tourillons se 25 trouvent, excentrés, des manetons sur lesquels sont montées des bielles. Les paliers du carter du moteur entourent les tourillons 22 du vilebrequin qui s'étendent longitudinalement selon l'axe longitudinal confondu avec l'axe X du vilebrequin tel que représenté dans la figure I. Entre le palier 21 et le tourillon 22 est interposé un coussinet 23. Le coussinet de manière connue est constitué de demi-cylindres complémentaires destinés à entourer une partie cylindrique du vilebrequin. Le maneton 24 du vilebrequin est une partie cylindrique de révolution autour d'un axe du maneton 25 sensiblement parallèle à l'axe X du vilebrequin. Ledit maneton 24 -est entouré par une tête de bielle 32 disposée à une extrémité basse d'une bielle (non représentée). Ladite bielle tient à l'extrémité haute opposée un piston (non représenté) destiné à coulisser dans un cylindre dont l'axe est sensiblement orthogonal à l'axe X du vilebrequin, selon un mouvement de va-et-vient qui entraine de ce fait le vilebrequin dans un 10 mouvement de rotation autour de l'axe X. Autour du maneton est agencé un coussinet 23 destiné à réduire les frottements de rotation relatifs du maneton par rapport à la tête de bielle. Ledit coussinet s'étend selon la figures 1 selon l'axe 25 du maneton 24 et entoure une surface de contact extérieure 26 du maneton. 15 Dans le maneton 24 est creusée au moins une chambre d'accueil 29 longitudinale, de façon sensiblement parallèle à l'axe 25 du maneton. Par exemple selon les figures 1 et 2, ladite chambre peut être obtenue par un perçage parallèlement à l'axe du maneton 25, depuis une face radiale 27 du maneton et débouchant de la face radiale opposée 28. Un premier débouché 20 du perçage est ensuite obturé pour former une chambre longitudinale d'accueil 29 borgne. De manière préférentielle, la chambre d'accueil est percée à proximité de la surface extérieure de contact 26 du maneton avec le coussinet. De manière générale dans la description, on entend par « proximité avec la surface 25 de contact » le fait que l'axe du perçage est disposé entre 10 et 40% de la valeur du rayon du maneton 24 ou du tourillon 22 depuis la surface de contact 26 du maneton ou du tourillon. De manière préférentielle, plusieurs chambres d'accueil longitudinales sont creusées dans le maneton de façon répartie autour de l'axe 25 du 30 maneton. Selon les contraintes dues aux dispositions des conduits de lubrification (non représentés) destinés à amener du fluide de lubrification vers la surface de contact 26 du maneton, plusieurs chambres longitudinales d'accueil 29 peuvent être disposées de manière répartie autour de l'axe 25 du maneton ainsi que dans la figure 2 où on a représenté deux chambres diamétralement opposées. On creusera préférentiellement dans le maneton des chambres d'accueil 29 dont le volume total par maneton représente sensiblement un tiers du volume du maneton. Ainsi, les chambres d'accueil sont agencées sensiblement proches de zones d'échauffement du maneton. De manière préférentielle, lesdites chambres longitudinales 29 sont disposées sensiblement proches de la surface de contact 26 du maneton afin un comportement dynamique de l'absorption de chaleur. Ainsi, la réaction de changement de phase peut être activée rapidement. Dans ladite chambre d'accueil 29 est inséré un élément41'.absorption de chaleur 30 de dimensions sensiblement complémentaires aux dimensions de la chambre d'accueil 29 et formé de matière polymère. Le second débouché du perçage est ensuite également obturé par n'importe quel procédé, par billage par exemple. L'élément d'absorption de chaleur 30 peut être sensiblement tubulaire et issu de matière polymère, et de manière préférentielle de polymère contenant une forte proportion de phases cristallines, par exemple du polyméthacrylate. Cette matière présente une réaction de changement de phase avec absorption de chaleur à l'atteinte d'un seuil de température. Selon le tableau 2, on choisira parmi les matières dont le seuil de température de changement de phase est compatible avec les valeurs de températures de la surface de contact 26 du maneton critiques pouvant entrainer une déformation du maneton et ensuite une casse du moteur. Les températures de seuil de différentes matières D1 sont inscrites dans la colonne D3 du tableau 2. Ainsi lorsque la température atteint ou dépasse le seuil de température de changement de phase, l'élément d'absorption 30 change de phase en absorbant une quantité de chaleur sensiblement égale à sa chaleur latente de transformation ou enthalpie. De manière préférentielle, ledit seuil de température est choisi de l'ordre de 170°C. Ladite chaleur latente est également inscrite dans la colonne C3 des valeurs d'enthalpie des différentes matières du tableau 1. Lors du changement de phase, l'élément d'absorption absorbe une quantité d'énergie correspondant à sa chaleur latente et son volume tout en restant à une même température de changement de phase. Cl C2 C3 C4 C5 C6 Acronym (4) Naine Enthalpy (lemol) Repeat Unit Molecular Weight Elath olyinètrine rylate de méthyle extrudé PPOKIA. plexi XT 168 °C Polypropylène PP Polystyrène PS Polytêtralli.loroéthylène PTEE 325 °C ;Stil Chit Ffé ou Polyentorure cle vinyle SUrChloré PVC C ou CPV Polyvinyle Itiot tii e ou Polychlorure de vinyle PVC PolyvInylchlortire cellulaire ou expansé PVC cellulaire Polylltionwit vinedône PvDir Tableau 2 De manière semblable au maneton, le tourillon peut également comprendre des chambres d'accueil longitudinales 31 creusées de manière préférentielle à proximité de la surface de contact 26 avec les coussinets et dans lesquelles sont insérés des éléments d'absorption de chaleur 30 selon la figure 2. Lesdites chambres longitudinales d'accueil 31 dans le tourillon sont 10 creusées également selon les possibilités laissées par les conduits de lubrification des tourillons et de façon sensiblement répartie autour de l'axe X du tourillon afin d'obtenir une absorption également répartie de chaleur. De manière préférentielle, le volume total des chambres d'accueil 31 pour un tourillon peut représenter 20 à 30% du volume du tourillon. 15 Une fois les éléments d'absorption de chaleur insérés dans les chambres d'accueil longitudinales 31, lesdites chambres sont ensuite refermées par un procédé mécanique, par billage par exemple. :ADS IP(...";C ou POM 165 'c l)A6-6 *.c :PA6 220 'C :PC :230°C : PETP ou PET 255 °C PETC: .255°C :220 °C 100°C Igies Point de fusion: 135 °C 163 °C i160 1.90°C :125°C ? Le vilebrequin selon l'invention comporte des parties cylindriques-22, 24 qui sont des tourillons ou des manetons entourés par des coussinets 25, lesdites parties cylindriques comportent des moyens d'absorption d'une quantité de chaleur sans élévation de température, ladite absorption se produisant au-dessus d'un seuil critique de température caractérisant un risque de déformation du vilebrequin. L'échauffement de la partie cylindrique du vilebrequin peut être provoqué par le passage d'impuretés ou de poussières entre le coussinet et la surface de contact 26 de ladite partie cylindrique 22, 24. Toutefois, les 10 impuretés ou les poussières ne restent pas au niveau de ladite surface de contact 26 et s'échappent par des canaux de lubrification. Une fois lesdites impuretés passées, le vilebrequin revient à une température normale de fonctionnement. L'absorption de chaleur par les éléments d'absorption a pour objet d'empêcher une élévation de température trop importante de la partie 15 cylindrique 22, 24 lors du passage desdites impuretés pendant un temps bref, susceptible entrainer une déformation de ladite partie cylindrique 22, 24 produisant un grippage ou blocage du vilebrequin et la casse du moteur. L'objectif de l'invention est atteint : le vilebrequin 20 selon l'invention comporte des moyens d'absorption 30 d'énergie pour passer des élévations de 20 température importantes pouvant entra mer un blocage dudit vilebrequin. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette prise, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que, sans que l'on sorte du cadre de l'invention, l'homme du métier peut insérer des 25 éléments d'absorption de chaleur de forme complexe dans lesdites parties cylindriques 22, 24 du vilebrequin. REVENDICATIONS1. Vilebrequin (20) de moteur thermique comprenant au moins une partie cylindrique (22, 24) entourée par des coussinets (23) logés dans des éléments dudit moteur, caractérisé en ce que ladite au moins une partie cylindrique (22, 24) comporte des moyens (30) d'absorption de la chaleur sans élévation de température. 2. Vilebrequin de moteur thermique selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce que lesdits moyens (30) sont logés dans au moins une chambre d'accueil (31, 29) creusée dans ladite au moins une partie cylindrique (22, 24). 3. Vilebrequin de moteur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite au moins une chambre d'accueil (31, 29) s'étend 15 longitudinalement selon l'axe (X, 25) de ladite au moins une partie cylindrique (22, 24). 4. Vilebrequin de moteur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite au-moins une chambre d'accueil (31, 29) est sensiblement répartie autour de l'axe (X, 25) de ladite au moins une partie 20 cylindrique (22, 24). 5. Vilebrequin de moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'absorption de chaleur (30) sont aptes à absorber une quantité de chaleur à partir d'un seuil de température. 25 6. Vilebrequin de moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'absorption de chaleur (30) comprennent une matière fusible présentant un changement de phase à une température de seuil. 7. Vilebrequin de moteur thermique selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'absorption (30) comprennent une matière à base de polymère. 8. Vilebrequin de moteur thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite au moins une partie cylindrique (24, 22) est un maneton (24) ou un tourillon (22).