Brevet FR3038022A1 — publié le 20161230

Ensemble de palier pour arbre de moteur à combustion et moteur à combustion. La présente invention concerne un ensemble de palier pour arbre de moteur à combustion et un moteur à combustion comprenant un tel ensemble. Les moteurs à combustion lubrifiés à l'huile sont bien connus. Ils comportent plusieurs arbres, y compris des arbres d'équilibrage, des arbres à came ou le vilebrequin du moteur. Les moteurs à combustion interne peuvent notamment 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. Les espaces dans lesquels ces arbres sont accommodés sont lubrifiés à l'huile par l'huile du bloc-moteur qui est envoyée dans le circuit par une pompe à huile. L'huile circule au départ du carter d'huile moteur par des canaux de lubrification jusqu'aux points d'injection choisis selon les besoins de lubrifications. Souvent, les points d'injection sont choisis de manière qu'un jet d'huile est dirigé sur chacun des roulements des arbres. Comme les arbres du bloc-moteur sont montés dans un espace lubrifié à l'huile en la présence d'huile atomisée ou liquide, on utilisait jusqu'à présent des 3038022 201500149 2 paliers ouverts sans joints d'étanchéité pour maintenir les arbres des moteurs de combustion. Le préjugé technique que l'utilisation des paliers auto-lubrifiés est impossible s'est établi. Les exigences concernant la viscosité de l'huile moteur ont changé ces 5 dernières années suite aux exigences de réduction de consommation de carburant. En conséquence, la viscosité de l'huile utilisée à fortement baissé. Cependant, une viscosité trop faible risque de diminuer le régime de lubrification élasto-hydrodynamique et donc de poser des problèmes pour les roulements. La quantité d'huile que l'on doit injecter sur les roulements augmente et la pompe à 10 huile doit être dimensionnée en conformité avec ces exigences. De plus, les coûts de production des canaux de lubrifications et de la pompe à huile augmentent ainsi que l'énergie utilisée par la pompe à huile. Enfin, l'intégration des arbres dans l'espace lubrifié du bloc-moteur impose des limitations sur l'architecture du moteur, son volume et sa forme extérieure. 15 C'est à ces inconvénients qu'entend remédier l'invention en proposant un nouvel ensemble de palier pour un arbre de moteur à combustion lubrifié à l'huile et un moteur à combustion équipé d'un tel ensemble de palier. À cet effet, l'invention concerne un ensemble de palier pour arbre de moteur de combustion comprenant au moins une composante d'un boîtier d'un 20 moteur de combustion lubrifié à l'huile, au moins un arbre de moteur de combustion, au moins un palier pour maintenir l'arbre de manière rotative sur ladite composante du boîtier, le palier comportant une bague intérieure montée sur l'arbre et une bague extérieure supportée par la composante du boîtier. Les inventeurs proposent que le dit au moins un palier comporte des 25 joints d'étanchéité et soit lubrifié à vie. Les paliers lubrifiés à vie sont, en soi, bien connus et sont munis de deux flasques d'étanchéité pour retenir une réserve de lubrifiant entre ces deux flasques d'étanchéité et les bagues du roulements. Suite à de la lubrification à huile continue dans le bloc-moteur, l'utilisation de paliers lubrifiés à vie dans cet environnement lubrifié n'est pas du 30 tout évidente. Les désavantages sont les coûts additionnels et le frottement additionnel des joints d'étanchéité et du lubrifiant de la réserve en particulier 3038022 201500149 3 lorsque qu'il s'agit de graisse. Cependant, ces désavantages sont, au moins dans certains cas, surcompensés par les avantages, notamment la possibilité d'éviter des canaux de lubrification pour les paliers et d'utiliser une pompe à huile plus économique. En conséquence, la taille totale du moteur peut être 5 diminuée et son architecture devient plus flexible grâce à l'indépendance de l'huile moteur. De plus, la consommation d'énergie par l'arbre d'équilibrage suite à la projection d'huile peut être réduite. Finalement, la pollution de l'huile moteur est réduite. Dans un mode de réalisation préféré, l'arbre de moteur maintenu par les 10 paliers lubrifiés à vie est un arbre d'équilibrage. Dans ce cas, la plus grande liberté de positionnement est particulièrement avantageuse. De plus, l'invention propose que le palier soit monté en contact avec un espace lubrifié à l'huile du moteur à combustion. Dans un autre mode de réalisation, la composante est un module du 15 boîtier du moteur monté sur une paroi du bloc-moteur délimitant un espace lubrifié à l'huile moteur, par exemple le carter ou le vilebrequin, de manière à ce qu'un espace intérieur du module accueillant l'arbre est sans lubrification à l'huile. Cela permet un positionnement du module très libre sur le bloc-moteur, l'équipage d'un bloc-moteur avec un arbre d'équilibrage additionnel ou plusieurs 20 arbres d'équilibrage dans un ou plusieurs modules. Dans ce dernier cas, l'arbre est de préférence maintenu dans le module de manière à ce qu'une extrémité de l'arbre sort du module et comporte des moyens pour entraîner l'arbre. Ces moyens peuvent être des roues dentées ou des poulies. 25 Dans un mode de réalisation préféré de ce module, le module comporte deux arbres d'équilibrage à directions de rotation opposées. Dans un mode de réalisation préféré, l'arbre est maintenu à ses deux extrémités par au moins deux paliers lubrifiés à vie. 3038022 201500149 4 Un autre aspect de l'invention concerne un moteur à combustion lubrifié à l'huile comportant un ensemble de palier pour arbre comme décrit ci-dessus. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation, pris à titre d'exemples nullement 5 limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une illustration schématique d'un ensemble de palier pour un arbre d'équilibrage selon l'invention ; - La figure 2 est une vue en perspective d'un module pour montage sur un carter d'un moteur à combustion comportant un ensemble de palier pour un 10 arbre d'équilibrage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - La figure 3 est une coupe schématique d'un module pour montage sur un carter d'un moteur à combustion comportant un ensemble de palier pour un arbre d'équilibrage selon un troisième mode de réalisation de l'invention-; et 15 - la figure 4 est une vue en perspective du module selon le troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 1 est une illustration schématique d'un ensemble de palier pour un arbre d'équilibrage 10 selon l'invention. L'ensemble de palier comporte le bâti 12a du bloc-moteur 12 comme composante d'un boîtier d'un moteur à 20 combustion lubrifié à l'huile, un arbre d'équilibrage 10 comme arbre de moteur à combustion et trois paliers 14a, 14b, 14c pour maintenir l'arbre 10 de manière rotative sur le bloc-moteur 12. Les paliers 14a, 14b, 14c comportent une bague intérieure montée sur l'arbre et une bague extérieure supportée par le bloc-moteur. Avantageusement, les paliers 14a, 14b et 14c sont des paliers à 25 roulement comportant chacun au moins une rangée d'éléments roulants disposée dans une chambre de roulement entre les deux bagues de chacun des paliers à roulement. Le moteur à combustion interne comprend un vilebrequin (non représenté) dont une extrémité est munie d'une roue dentée ou d'une poulie, 30 entraînée par une chaîne, une courroie ou une autre roue dentée.- 3038022 201500149 5 La roue dentée du vilebrequin est en prise avec une roue dentée 20 de l'arbre d'équilibrage 10, qui est monté en libre rotation dans trois supports du bâti 12a. La rotation de l'arbre d'équilibrage 10 dans les supports est permise par les trois paliers 14a, 14b, 14c sur un premier côté de la roue dentée 20 à 5 profil hélicoïdal. . Chacun des paliers est un palier à roulement à double rangée de billes. L'arbre d'équilibrage 10 comporte une masse excentrée ou balourd 42 qui permet d'obtenir la compensation désirée des vibrations dues au déplacement des pistons du moteur à combustion interne, qui ne sont pas représentés pour 113 des raisons de clarté. 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 trois ou quatre paliers 14a, 14b, 14c Malgré le fait que les paliers 14a, 14b, 14c sont montés dans un espace 15 du moteur lubrifié à l'huile, par exemple dans l'espace du vilebrequin, les paliers 14a, 14b, 14c comportent des joints d'étanchéité 14a1, 14a2, 14b1, 14b2, 14c1, 14c2 et sont lubrifiés à vie. Dans un mode préféré de l'invention, les joints d'étanchéité 14a1, 14a2, 14b1, 14b2, 14c1, 14c2 sont avantageusement de type contactant et comportent 20 chacun au moins une lèvre d'étanchéité en contact de frottement avec la bague du palier par rapport à laquelle le joint est en mouvement. Celà permet non seulement de garder le lubrifiant des paliers à l'intérieur des paliers, mais aussi d'empêcher l'entrée d'huile moteur dans les paliers. Ainsi, on évite le mélange de l'huile moteur avec le lubrifiant des paliers, ce qui permet de s'affranchir de la 25 nécessité d'utiliser une huile moteur et un lubrifiant pour les paliers qui soient compatibles chimiquement entre-eux. Dans un autre mode préféré de l'invention, les joints d'étanchéité 14a1, 14a2, 14b1, 14b2, 14c1, 14c2 peuvent être de type non contactant, par exemple sous la forme de flasques d'étanchéité qui définissent chacun par rapport à la 30 bague du palier par rapport à laquelle ils sont en mouvement un passage étroit 3038022 201500149 6 ou labyrinthe. Ceci ne permet pas d'empêcher qu'un peu d'huile moteur se mélange avec le lubrifiant des paliers, mais cela permet de limiter l'augmentation du couple de frottement du palier par rapport au cas où les joints sont tels que décrit dans le mode préféré précédent. 5 Les figures 2 - 4 montrent d'autres modes de réalisation de l'invention dont la description suivante se limite à des différences par rapport au premier mode de réalisation décrit ci-dessus. Pour les aspects et détails restant inchangés, il est fait référence au premier mode de réalisation. La figure 2 est une vue en perspective d'un module 12b pour montage sur 10 un carter d'un moteur de combustion comportant un ensemble de palier pour deux arbres d'équilibrage 10, 10' selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention, la composante est un module 12b du boîtier du moteur portant des alésages 18a, 18b, 18c, 18d 15 pour monter le module 12b sur une paroi du bâti (non représenté) du bloc- moteur délimitant un espace lubrifié à l'huile du moteur à combustion. Un espace intérieur du module délimité par la paroi du bloc-moteur et les surfaces intérieures du module 12a accueillant les arbres 10, 10' est sec, c'est à dire sans lubrification à huile. Les roulements 14a, 14b, 14c, 14a', 14b', 14c' sont 20 maintenus entre le boîtier du module 12b et le bâti dans des parties creuses semi-circulaires. Les arbres 10, 10' sont maintenus dans le module 12b de manière à ce qu'une extrémité de l'arbre sort du module et comporte une roue dentée 20, 20' pour entraîner l'arbre 10, 10'. 25 La figure 3 est une coupe schématique d'un module 12d pour montage sur un carter d'un moteur à combustion comportant un ensemble de palier selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode, le boîtier de module 12d est fermé et comporte aussi une paroi sur le côté destinée à être vissé sur le bâti du bloc-moteur. L'arbre 10 est maintenu par trois paliers 14a, 30 14b, 14c. Les paliers 14a et 14b sont des paliers à roulements à rouleaux cylindriques et le palier 14c est un palier à roulement à billes. 3038022 201500149 7 Le bâti du module 12c, 12d peut être fabriqué en une matière non-métallique comme du plastique, du plastique renforcé avec des inserts métalliques ou bien avec des fibres de carbone. La figure 4 est une vue en perspective du module selon le troisième mode 5 de réalisation de l'invention. Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes décrits ci-dessus dessus peuvent être combinés dans le cadre de la présente invention tel que défini dans les revendications. Le lubrifiant utilisé dans les paliers est de préférence de la graisse, mais il 10 pourrait également s'agir d'huile dans le cas par exemple ou l'on cherche à obtenir un couple de frottement du palier le plus bas possible. Le lubrifiant utilisé peut contenir un (ou se présenter sous la forme d'un) lubrifiant solide tel que du PTFE ou du graphite. Dans les modes de réalisations de l'invention illustrés, les paliers sont des 15 paliers à roulement avec comme éléments roulants des rouleaux cylindriques ou des billes. D'autres éléments roulants peuvent être envisagés, comme par exemple des aiguilles, des rouleaux coniques ou des rouleaux sphériques. Dans les modes de réalisations de l'invention illustrés, la bague intérieure du palier est une pièce distincte de l'arbre sur lequel elle siège, et la bague 20 extérieure du roulement est une pièce distincte du logement dans lequelle elle est installée. Toutefois, la bague intérieure et/ou la bague extérieure peut être formée de matière avec l'arbre et/ou le logement. Tout ou partie des paliers peuvent être des paliers à roulements ou des paliers lisses c'est-à-dire des paliers sans élément roulant ou glissant interposé 25 entre les bagues du palier. Tout ou partie des paliers sont de préférence des paliers radiaux, mais il pourrait tout aussi bien s'agir tout ou partie de paliers axiaux ou à contacts obliques. REVENDICATIONS1. Ensemble de palier pour arbre de moteur à combustion comprenant : a. au moins une composante (12a, 12b, 12c, 12d) d'un boîtier (12) d'un moteur à combustion lubrifié à l'huile ; b. au moins un arbre (10, 10') de moteur à combustion ; c. au moins un palier (14a, 14b, 14c) pour maintenir l'arbre (10, 10') de manière rotative sur ladite composante (12a, 12c, 12d) du boîtier, le palier (14a, 14b, 14c) comportant une bague intérieure montée sur l'arbre et une bague extérieure supportée par la composante (12a, 12b, 12c, 12d) du boîtier caractérisé en ce que le palier (14a, 14b, 14c) comporte des joints d'étanchéité (14a1, 14a2, 14b1, 14b2, 14c1, 14c2) et est lubrifié à vie. 2. Ensemble de palier selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre de moteur est un arbre d'équilibrage. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le palier est monté en contact avec un espace du moteur à combustion lubrifié à l'huile . 4. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la composante est un module (12c, 12d) du boîtier du moteur monté sur une paroi du bloc-moteur délimitant un espace lubrifié à l'huile du moteur à combustion de manière à ce qu'un espace intérieur du module (12c, 12d) accueillant l'arbre (10, 10') est sans lubrification à l'huile. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'arbre (10, 10') est maintenu dans le module (12c, 12d) de manière à ce qu'une extrémité de l'arbre sort du module (12c, 12d) et comporte un moyens (20, 20') pour entraîner l'arbre (10, 3038022 201500149 9 6. 5 7. 10 8. 15 9. 10'). Ensemble selon une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le module (12c, 12d) comporte deux arbres d'équilibrage (10, 10'). Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (10, 10') est maintenu par au moins deux paliers (14a, 14b, 14c) lubrifiés à vie. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le palier (14a, 14b, 14c) est un palier à roulement comportant au moins une rangée d' éléments roulants dans une chambre de roulement disposée entre la bague intérieure et la bague extérieure. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le palier (14a, 14b, 14c) est un palier lisse. 10. Moteur à combustion lubrifié à l'huile comportant un ensemble de palier 20 pour arbre selon une des revendications précédentes.