Brevet FR3038023A1 — 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 paliers 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 3038023 201500151 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. De plus, il est connu de monter les arbres de moteur de telle façon qu'une 5 extrémité passe à travers une paroi du boîtier du moteur à travers un passage d'arbre rendu étanche par une garniture étanche à anneau glissant ou à joint d'étanchéité disposée dans la région d'un passage d'arbre. Cette garniture étanche est normalement indépendante des paliers de l'arbre. Une telle garniture étanche requiert du volume, impose des limitations sur 10 l'architecture du moteur, engendre des coûts et contribue à la complexité du moteur. C'est à ces inconvénients qu'entend remédier l'invention en proposant un nouvel ensemble de palier pour un arbre de moteur 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 15 moteur à combustion interne lubrifié à l'huile comportant une chambre d'huile du moteur. L'ensemble comporte au moins un palier pour arbre de moteur à combustion destiné à maintenir l'arbre de manière rotative sur un boîtier du moteur. En outre, l'ensemble comporte un passage d'arbre à travers le boîtier du moteur pour ledit arbre de moteur, le passage d'arbre comportant au moins un 20 joint d'étanchéité pour rendre étanche la chambre d'huile. Les inventeurs proposent que le joint d'étanchéité soit intégré au palier. On peut donc éviter une garniture étanche indépendante et réduire la complexité et les coûts du moteur. De préférence, le joint d'étanchéité est monté sur le côté opposé de la chambre d'huile du roulement de manière à ce que la chambre de 25 roulement soit ouverte vers la chambre d'huile et que le palier puisse être lubrifié par l'huile moteur. Dans une forme de réalisation préférée, le palier est un palier à roulement et comporte au moins deux bagues délimitant une chambre de roulement annulaire et au moins une rangée d'éléments roulants reçus dans la 30 chambre de roulement, le joint d'étanchéité étant monté sur une première bague et en contact glissant avec une deuxième bague. 3038023 201500151 3 De préférence, le palier à roulement est lubrifié à vie et comporte deux joints d'étanchéité délimitant la chambre de roulement sur ses deux côtés, et la chambre de roulement contient du lubrifiant. Les exigences concernant la viscosité de l'huile moteur ont changé ces dernières années suite aux exigences 5 de réduction de consommation de carburant. En conséquence, la viscosité de l'huile utilisée a fortement baissé. Cependant, une viscosité trop faible risque de diminuer le régime de lubrification élasto-hydrodynamique et donc de poser des problèmes pour les paliers à roulements. La quantité d'huile que l'on doit injecter sur les paliers augmente et la pompe à huile doit être dimensionnée en 10 conformité de 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 Les paliers à roulements lubrifiés à vie sont, en soi, bien connus et sont munis de deux joints d'étanchéité contentant une réserve de lubrifiant dans la chambre de roulement entre ces deux joints d'étanchéité. Suite à de la lubrification à huile continue dans le bloc-moteur, l'utilisation de paliers à roulements lubrifiés à vie dans cet environnement lubrifié à l'huile n'est pas du 20 tout évidente. Les désavantages sont les coûts additionnels et le frottement additionnel des joints d'étanchéité et du lubrifiant de la réserve, en particulier lorsqu'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 roulements et d'utiliser une pompe à huile 25 plus économique. En conséquence, la taille totale du moteur peut être 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 par l'arbre à came peut être réduite. Finalement, la pollution de l'huile moteur est réduite. 30 Dans une forme de réalisation préférée, l'arbre est maintenu par au moins deux paliers lubrifiés à vie. 3038023 201500151 4 Dans une autre forme de réalisation préférée, l'arbre est maintenu à ses deux extrémités par deux paliers à roulements lubrifiés à vie. Dans une forme de réalisation préférée, l'arbre de moteur est un arbre 5 d'équilibrage. Grâce à l'invention, le nombre d'arbres d'équilibrage peut donc être augmenté à faibles coûts pour obtenir une opération silencieuse. Dans d'autres formes de réalisation, l'arbre de moteur est un vilebrequin ou un arbre à cames. En outre, l'invention propose que l'ensemble de palier comporte un 10 module du boîtier du moteur adapté au montage sur un corps de base du bloc-moteur. Le module peut être réalisé en la forme de couvercle de culasse, de carter de vilebrequin ou de couvercle d'un arbre d'équilibrage. Le boîtier du module peut être vissé sur un corps de base du bloc-moteur et peut être fabriqué dans matériau différent du matériau de ce dernier. 15 De préférence, l'arbre est maintenu dans le boîtier du moteur de manière à ce qu'une extrémité de l'arbre sorte du boîtier du moteur et comporte un moyen pour entraîner l'arbre. 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. 20 La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation, pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une illustration schématique d'un ensemble de palier pour et avec un arbre d'équilibrage selon l'invention ; 25 - 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 et avec des arbres d'équilibrage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; 3038023 201500151 5 - La figure 3 est une vue en coupe des arbres d'équilibrage du module selon la fig. 2 ; -. La figure 4 est une illustration schématique d'un ensemble de palier pour et avec deux arbres à cames ; et 5 - La figure 5 une illustration schématique d'un ensemble de palier selon l'invention pour et avec un vilebrequin. 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 de 10 combustion lubrifié à l'huile, un arbre d'équilibrage 10 comme arbre de moteur à combustion et trois paliers14a, 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 15 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 roulements. Le moteur à combustion interne comprend un vilebrequin (non représenté) dont une extrémité est munie d'une roue dentée ou d'une poulie, 20 entraînée par une chaîne, une courroie ou une autre roue dentée. 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 25 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 30 des raisons de clarté. 3038023 201500151 6 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 5 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. Les joints d'étanchéité 14a1, 14a2, 14b1, 14b2, 14c1, 14c2 sont montés sur une première bague du palier 14a, 14b, 14c et en contact glissant avec la deuxième bague du roulement 14a, 14b, 14c. Dans 10 l'exemple de la figure 1, les joints d'étanchéité 14a1, 14a2, 14b1, 14b2, 14c1, 14c2 sont montés sur la bague extérieure du palier à roulement 14a, 14b, 14c. D' autres types de garniture d'étanchéité comme une garniture en labyrinthe ou une combinaison des types sont possibles. Les roulements 14a, 14c sur les extrémités des arbres d'équilibrage 10 15 constituent des passages d'arbre à travers le boîtier 12a du moteur et les joints d'étanchéité 14a2, 14c1 sur les côtés intérieurs axialement de ces roulements 14a, 14c rendent étanche la chambre d'huile 24 du moteur d'un côté ainsi que les deux chambres de roulement de l'autre côté. Les figures 2 - 4 montrent d'autres modes de réalisation de l'invention 20 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 un carter ou bloc-cylindres d'un moteur à combustion interne comportant un 25 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, le module 12b du boîtier du moteur porte des alésages 18a, 18b, 18c, 18d pour monter le module 12b sur un corps de base du bâti (non représenté) du bloc-moteur, par exemple 30 sur le bloc-cylindres. Les paliers 14a, 14b, 14c, 14a', 14b', 14c' sont maintenus 3038023 201500151 7 entre le boîtier du module 12b et le corps de base (bloc-cylindres) 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 sorte du module 12b et comporte une roue dentée 5 20, 20'pour entraîner l'arbre 10, 10'. La figure 3 est une vue en coupe des arbres d'équilibrage du module selon la fig. 2. Les arbres 10, 10' sont maintenus par trois roulements 14a, 14b, 14c ; 14a', 14b', 14c' chacun, dont les quatre roulements 14a, 14b, 14a' et 14b', sont des roulements à rouleaux cylindriques et les deux roulement 14c et 14c' 10 sont des roulements à billes. La figure 4 est une illustration schématique d'un ensemble de palier selon l'invention pour et avec un arbre à cames 10. L'arbre à cames 10 est maintenu par plusieurs roulements 14a, 14b 14c, 14d dont le roulement 14d maintenu dans la paroi extérieure 12c du boîtier du moteur sur le côté des roues dentées 15 20, 20' et comporte un seul joint d'étanchéité 14d2 sur son côté des roues dentées 20, 20'opposé de la chambre d'huile 24 de manière à ce que la chambre de roulement est ouverte vers la chambre d'huile 24 du moteur et que le roulement 14d peut être lubrifié par l'huile moteur. Ce joint d'étanchéité 14d2 du roulement 14d constitue donc un passage 20 d'arbre à travers le boîtier 12c du moteur pour l'arbre à cames 10, le passage d'arbre comportant un joint d'étanchéité 14d2 pour rendre étanche la chambre d'huile 24. On peut donc éviter une garniture étanche d'un passage d'arbre et réduire la complexité et les coûts du moteur. 25 La figure 5 une illustration schématique d'un ensemble de palier pour et avec un vilebrequin 10. Le vilebrequin 10 est maintenu par plusieurs roulements 14a, 14b, 14c, 14d qui sont tous graissés à vie et comportent chacun deux joints d'étanchéité. Les roulements maintenus dans les parois extérieures du boîtier du moteur 12c rendent étanche la chambre d'huile 24. 30 3038023 201500151 8 Le lubrifiant utilisé dans les paliers est de préférence de la graisse, mais il 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) 5 lubrifiant solide tel que du PTFE ou du graphite. Dans les modes de réalisations de l'invention illustrés, les paliers sont des 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. 10 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 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. 15 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 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 20 obliques. Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes décrites ci-dessus peuvent être combinées dans le cadre de la présente invention telle que définie dans les revendications. 25 REVENDICATIONS1. Ensemble de palier pour arbre (10, 10') de moteur à combustion lubrifié à l'huile et comportant une chambre d'huile (24) du moteur, l'ensemble comportant au moins un palier (14a, 14b, 14c, 14d) destiné à maintenir l'arbre (10, 10') de manière rotative sur un boîtier (12c) du moteur et un passage d'arbre à travers le boîtier (12c) du moteur pour ledit arbre de moteur (10, 10'), le passage d'arbre comportant au moins un joint d'étanchéité (14a1, 14c2, 14d2) pour rendre étanche la chambre d'huile (24), caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (14a1, 14c2, 14d2) est intégré au palier (14a, 14b, 14c). 2. Élément selon la revendication 1 caractérisé en ce que le palier (14a, 14b, 14c) est un palier à roulement et comporte au moins deux bagues délimitant une chambre de roulement annulaire et au moins une rangée d'éléments roulants reçus par la chambre de roulement, le joint d'étanchéité (14a1, 14c2, 14d2) étant monté sur une première bague et en contact glissant avec la deuxième bague. 3. Élément selon la revendication 2, caractérisé en ce que le roulement (14a, 14b, 14c) est lubrifié à vie et comporte deux joints d'étanchéité (14a1, 14a2, 14b1, 14b2, 14c1, 14c2, 14d1, 14d2) délimitant la chambre de roulement sur ses deux côtés, et en ce que la chambre de roulement contient du lubrifiant. 4. Ensemble selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'arbre (10, 10') est maintenu par au moins deux roulements (14a, 14b, 14c) lubrifiés à vie. 3038023 201500151 10 5. Ensemble selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre de moteur (10) est un arbre d'équilibrage. 6. Ensemble selon une des revendications 1 à 4, 5 caractérisé en ce que l'arbre de moteur (10) est un vilebrequin. 7. Ensemble selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'arbre de moteur (10) est un arbre à cames. 10 8. Ensemble selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un module (12c, 12d) du boîtier du moteur adapté pour être monté sur un corps de base du bloc-moteur. 9. Ensemble selon une des revendications précédentes, 15 caractérisé en ce que l'arbre (10, 10') est maintenu dans le boîtier (12c) du moteur de manière à ce qu'une extrémité de l'arbre sorte du boîtier du moteur et comporte un moyen (20, 20') pour entraîner l'arbre (10, 10'). 20 10. Moteur à combustion lubrifié à l'huile comportant un ensemble de palier pour arbre de moteur à combustion selon une des revendications précédentes.