Brevet FR3049017A1 — publié le 20170922

ASSEMBLAGE RENFORCÉ ENTRE UN CHAPEAU DE PALIER ET UN CARTER-CYLINDRES [0001] La présente invention porte sur un assemblage renforcé entre un chapeau de palier et un carter-cylindres. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles. [0002] De façon connue en soi, un chapeau de palier présente une surface de contact destinée à venir en appui contre une surface de contact correspondante d'un carter-cylindres de manière à délimiter un palier. Un tel palier est destiné à recevoir un tronçon d'un arbre de vilebrequin pour assurer le montage rotatif du vilebrequin par rapport au carter-cylindres. [0003] Afin d'assurer un positionnement correct du chapeau de palier sur le carter-cylindres, un détrompeur prenant la forme d'une empreinte femelle réalisée sur le carter-cylindres est destiné à coopérer de façon complémentaire avec une empreinte mâle correspondante réalisée dans le chapeau de palier. L'empreinte femelle est réalisée par exemple par poinçonnement du carter-cylindres réalisé dans un matériau à base d'aluminium par l'empreinte mâle du chapeau de palier réalisé dans un matériau de plus grande dureté, tel que de l'acier fritté. Toutefois, lors de sollicitations mécaniques trop importantes, il a été observé une apparition de fissures dans la zone d'assemblage en extrémité de l'empreinte femelle susceptibles de provoquer la casse du moteur thermique. [0004] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un ensemble pour moteur thermique comportant: - un carter-cylindres, - au moins un chapeau de palier ayant une surface de contact destinée à venir en appui contre une surface de contact correspondante du carter-cylindres de manière à délimiter un palier lorsque le chapeau de palier et le carter-cylindres sont dans un état assemblés, le palier étant destiné à recevoir un tronçon d'un arbre de vilebrequin, et - au moins une empreinte femelle ménagée dans la surface de contact du carter-cylindres, l'empreinte femelle étant destinée à coopérer de façon complémentaire avec une empreinte mâle ménagée dans la surface de contact du chapeau de palier, caractérisé en ce que l'ensemble comporte une zone écrouie s'étendant suivant toute une largeur de la surface de contact du carter-cylindres. 3049017 2 [0005] L'invention permet ainsi, du fait des contraintes locales de compression générées par l'opération d'écrouissage suivant toute la largeur de la surface de contact, de durcir localement le métal sous l'effet de sa déformation plastique et donc d'éviter l'apparition de fissures en extrémité de l'empreinte femelle. On améliore donc la tenue mécanique de 5 l'ensemble. L'invention permet en outre de faire varier l'état de la surface de contact entre le carter-cylindres et le chapeau de palier de manière à limiter des déplacements relatifs de l'un par rapport à l'autre en augmentant des coefficients de frottements entre ces deux pièces. [0006] Selon une réalisation, la zone écrouie s'étend à l'intérieur et autour de l'empreinte 10 femelle suivant toute une largeur de la surface de contact du carter-cylindres. Dans ce cas, on effectue de préférence une opération d'écrouissage préalablement à la réalisation de l'empreinte femelle par poinçonnement au moyen de l'empreinte mâle du chapeau de palier. [0007] Selon une réalisation, l'empreinte femelle présente une longueur égale à la 15 largeur de la surface de contact du carter-cylindres. Dans ce cas, l'écrouissage suivant toute la largeur de la surface de contact du carter-cylindres est effectué par le poinçonnement de la surface de contact du carter-cylindres au moyen de l'empreinte mâle du chapeau de palier. [0008] Selon une réalisation, la surface de contact du carter-cylindres présente des 20 traces d'écrouissage par martelage mécanique, ou des traces d'écrouissage laser, ou des traces d'écrouissage par ultra-son. [0009] Selon une réalisation, l'empreinte femelle présente une forme en "coton-tige". On comprend par « coton-tige » une forme de tige présentant une partie centrale de section constante et deux extrémités de plus grande section, s'élargissant et s'achevant en une 25 forme sensiblement sphérique ou ovoide ou ovalisante. [0010] et Une telle forme permet d'optimiser la répartition des efforts lorsque le moteur thermique est en fonctionnement. En variante, l'empreinte pourra présenter d'autres formes. [0011] Selon une réalisation, le chapeau de palier est réalisé dans un matériau ayant 30 une rigidité plus grande que celle du matériau du carter-cylindres. [0012] Selon une réalisation, le carter-cylindres est réalisé dans un alliage d'aluminium. 3049017 3 [0013] Selon une réalisation, le chapeau de palier est réalisé en acier fritté. [0014] L'invention a également pour objet un moteur thermique comportant un ensemble tel que défini précédemment. [0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à 5 l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0016] La figure 1 est une représentation schématique de l'assemblage entre un carter-cylindres et un chapeau de palier selon la présente invention; [0017] La figure 2a est une vue générale d'un carter-cylindres avec lequel est mise en 10 oeuvre la présente invention; [0018] La figure 2b est une vue détaillée de l'empreinte femelle selon la présente invention ménagée dans la surface de contact du carter-cylindres; [0019] La figure 3 est une vue détaillée des empreintes mâles ménagées dans la surface de contact d'un chapeau de palier et destinées à coopérer chacune avec une empreinte 15 femelle de forme correspondante réalisée dans le carter-cylindres; [0020] Les figures 4a et 4b sont des représentations schématiques illustrant différentes configurations de la zone écrouie selon l'invention réalisée sur la surface de contact du carter-cylindres; [0021] La figure 5 est une représentation schématique d'un système permettant de 20 réaliser par martelage l'écrouissage du carter-cylindres; [0022] La figure 6 est une représentation graphique illustrant l'impact des contraintes résiduelles dues à l'écrouissage sur la tenue en fatigue de l'assemblage entre le carter-cylindres et le chapeau de palier. [0023] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence 25 d'une figure à l'autre. [0024] La figure 1 montre un ensemble 8 pour moteur thermique comportant un chapeau de palier 11 destiné à coopérer avec un carter-cylindres 10. Le chapeau de palier 11 comporte une surface de contact 13 destinée à venir en appui contre une surface de 3049017 4 contact 12 correspondante du carter-cylindres 10. Ainsi, lorsque le chapeau de palier 11 et le carter-cylindres 10 sont dans un état assemblés, ils délimitent un palier destiné à recevoir un tronçon d'un arbre de vilebrequin pour son montage rotatif par rapport au carter-cylindres 10. Comme cela est visible sur la figure 2a, deux chapeaux de paliers 11 5 sont destinés à être montés de part et d'autre de chaque alésage 9 du carter-cylindres 10 destiné à recevoir un piston correspondant. [0025] Le nombre de chapeaux de palier 11 dans l'exemple représenté vaut quatre pour un moteur à trois cylindres, mais ce nombre pourra bien entendu varier en fonction de l'application et du nombre de cylindres du moteur thermique. Les chapeaux de palier 11 10 sont ici des pièces indépendantes les unes des autres, mais pourront en variante faire partie d'une seule et même pièce qui comportera alors une pluralité de chapeaux de palier 11. [0026] Les chapeaux de pallier 11 sont généralement réalisés dans un matériau ayant une rigidité plus grande celle du matériau du carter-cylindres 10. En l'occurrence, le carter- 15 cylindres 10 pourra être réalisé par exemple dans un alliage d'aluminium, tandis que les chapeaux de palier 11 pourront être réalisés par exemple en acier fritté. [0027] Pour assurer l'assemblage entre ces deux éléments 10, 11, chaque chapeau de palier 11 comporte des alésages traversants 15 destinés à venir en regard d'alésages 14 de forme correspondante réalisés dans le carter-cylindres 10. Des organes de fixation 20 (non représentés) viennent s'insérer à l'intérieur de ces alésages 14, 15 pour le maintien de l'ensemble 8. [0028] Comme cela est représenté sur la figure 2b, une empreinte femelle 16 est ménagée dans la surface de contact 12 du carter-cylindres 10. L'empreinte femelle 16 est par exemple réalisée par poinçonnement de l'alliage d'aluminium du carter-cylindres 10 25 par une pièce en acier fritté ayant une forme en relief. [0029] Comme cela est bien visible sur les figures 2b, 4a et 4b, l'empreinte femelle 16 pourra avoir une forme en "coton-tige", c'est-à-dire une forme présentant deux portions d'extrémité 161 ayant des sections transversales plus grandes que celle d'une portion centrale 162 de part et d'autre de laquelle sont positionnées les portions d'extrémité 161. 30 Une telle forme permet d'optimiser la répartition des efforts lorsque le moteur thermique est en fonctionnement. L'empreinte femelle 16 est réalisée à deux extrémités diamétralement opposées de chaque palier. 3049017 5 [0030] L'empreinte femelle 16 est destinée à coopérer de façon complémentaire avec une empreinte mâle 17 située sur le chapeau de palier 11 représentée en figure 3. L'empreinte mâle 17 présente ainsi une forme de coton-tige en relief par rapport à la surface de contact 12. L'empreinte mâle 17 a des dimensions correspondantes à celles de 5 l'empreinte femelle 16. [0031] Afin d'éviter l'apparition de fissures en extrémité de l'empreinte femelle 16 dans la zone de contact 12 du carter-cylindres 10, la surface de contact 12 comporte une zone écrouie 18 s'étendant suivant toute une largeur Lc de la surface de contact 12 du carter-cylindres 10 mesurée suivant une direction axiale par rapport à un axe du palier. 10 [0032] A cet effet, l'empreinte femelle 16 pourra, dans le mode de réalisation de la figure 4a, être configurée de manière à s'étendre suivant toute la largeur Lc de la surface de contact 12 du carter-cylindres 10. La longueur Le de l'empreinte femelle 16 est alors égale à la largeur Lc de la surface de contact 12. L'écrouissage de la zone 18 est alors effectuée lors du poinçonnage qui génère en profondeur et à l'intérieur de l'empreinte femelle 16 des 15 contraintes résiduelles de compression suivant toute la largeur Lc de la surface de contact 12. [0033] Alternativement, dans le mode de réalisation de la figure 4b, les dimensions d'une empreinte femelle 16 standards sont conservées, c'est-à-dire que la longueur Le de l'empreinte femelle 16 est inférieure à la largeur Lc de la surface de contact 12. Dans ce 20 cas, préalablement à la réalisation de l'empreinte femelle 16, on écrouit la surface de contact 12 du carter-cylindres 10 suivant toute sa largeur Lc et suivant une longueur L1 correspondant à une portion d'une longueur totale L2 de la zone de contact 12 pour obtenir la zone 18. En variante, l'écrouissage est effectué suivant toute la largeur Lc et suivant toute la longueur L2 de la zone de contact 12. En l'occurrence, la largeur Lc est 25 mesurée suivant la direction d'allongement longitudinale de l'empreinte femelle 16, tandis que la longueur L2 est mesurée suivant une direction perpendiculaire à la direction d'allongement longitudinale de l'empreinte femelle 16. [0034] A cet effet, il sera possible d'utiliser un pistolet 25 à air comprimé à aiguille équipé d'un burin 26, comme cela est représenté sur la figure 5. Le pistolet 25 vient alors frapper 30 la surface 12 du carter-cylindres 10 et mettre en compression les zones traitées. Ainsi, à la fin de l'opération d'écrouissage, la surface de contact 12 du carter-cylindres 10 présente des traces d'écrouissage par martelage mécanique. En variante, il sera possible de mettre en oeuvre un procédé de renforcement par choc laser ("laser peening" en anglais) ou un 3049017 6 procédé de renforcement par ultra-son. La surface de contact 12 du carter-cylindres 10 présentera alors des traces d'écrouissage correspondant au procédé sélectionné. [0035] Une fois la réalisation de l'empreinte femelle 16 effectuée, la zone écrouie 18 s'étend alors à l'intérieur et autour de l'empreinte femelle 16 et suivant toute la largeur Lc 5 de la surface de contact 12 du carter-cylindres 10. En particulier, la zone écrouie 18 s'étend entre les extrémités de l'empreinte femelle 16 en forme de coton-tige et les rebords d'extrémité de la surface de contact 12 délimitant la largeur Lc. Les contraintes résiduelles de compression présentes dans ces zones d'extrémité permettent d'augmenter la tenue en fatigue du carter-cylindres 10 ainsi écroui et donc d'éviter l'apparition de 10 fissures en extrémité de l'empreinte femelle 16. [0036] La figure 6 est une représentation graphique de l'évolution d'une amplitude de cisaillement mésoscopique r en fonction d'une pression hydrostatique p. On observe que, du fait des contraintes résiduelles de compression Or générées par l'opération d'écrouissage, on provoque un décalage de la courbe de trajet de chargement en service 15 Tcs de manière à obtenir une courbe de trajet de chargement résultant (cf. courbe Tcr). La marge de contrainte CD est plus grande après écrouissage, ce qui a pour conséquence d'éloigner le matériau écroui de la zone de rupture R potentielle par rapport à la zone de non-rupture NR délimitée par la droite DV dite de Dang Van. [0037] L'écrouissage permet en outre de faire varier l'état de la surface de contact entre 20 le carter-cylindres 10 et le chapeau de palier 11 de manière à limiter des déplacements relatifs de l'un par rapport à l'autre en augmentant des coefficients de frottements entre ces deux pièces 10, 11. REVENDICATIONS1. Ensemble (8) pour moteur thermique comportant: - un carter-cylindres (10), - au moins un chapeau de palier (11) ayant une surface de contact (13) destinée à venir en appui contre une surface de contact (12) correspondante dudit carter-cylindres (10) de manière à délimiter un palier lorsque ledit chapeau de palier (11) et ledit carter- cylindres (10) sont dans un état assemblés, ledit palier étant destiné à recevoir un tronçon d'un arbre de vilebrequin, et - au moins une empreinte femelle (16) ménagée dans la surface de contact (12) dudit carter-cylindres (10), ladite empreinte femelle (16) étant destinée à coopérer de façon complémentaire avec une empreinte mâle (17) ménagée dans ladite surface de contact (13) dudit chapeau de palier (11), caractérisé en ce que ledit ensemble (8) comporte une zone écrouie (18) s'étendant suivant toute une largeur (Lc) de ladite surface de contact (12) du carter-cylindres (10). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone écrouie (18) s'étend à l'intérieur et autour de ladite empreinte femelle (16) suivant toute une largeur (Lc) de ladite surface de contact (12) du carter-cylindres (10). 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite empreinte femelle (16) présente une longueur (Le) égale à la largeur (Lc) de ladite surface de contact (12) du carter-cylindres (10). 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite surface de contact (12) dudit carter-cylindres (10) présente des traces d'écrouissage par martelage mécanique, ou des traces d'écrouissage laser, ou des traces d'écrouissage par ultra-son. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite empreinte femelle (16) présente une forme en coton-tige. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit chapeau de palier (11) est réalisé dans un matériau ayant une rigidité plus grande que celle du matériau du carter-cylindres (10). 3049017 8 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit carter-cylindres (10) est réalisé dans un alliage d'aluminium. 8. Ensemble selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit chapeau de palier (11) est réalisé en acier fritté. 5 9. Moteur thermique caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble (8) tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.