Brevet FR3042571A1 — publié le 20170421

COUPELLE DE FERMETURE D'UNE LIAISON ROTULE D'UN ENSEMBLE PISTON- BIELLE La présente invention se rapporte au domaine des machines à pistons. L'invention concerne plus particulièrement une coupelle de fermeture d'une liaison rotule d'un ensemble piston-bielle. Le cycle de fonctionnement d'un moteur à combustion interne à piston dit à 4 temps se décompose de manière analytique en quatre temps ou phases : admission, compression, (combustion) détente, échappement. Le mouvement du piston est initié par la combustion d'un mélange de carburant et d'air qui a lieu durant ce cycle. Le piston se déplace pendant le démarrage grâce à une source d'énergie externe, souvent par l'intermédiaire d'un démarreur, jusqu'à ce qu'au moins une combustion et une détente produise une force capable d'assurer les trois autres temps. Le moteur fonctionne dès lors seul et produit un couple sur son arbre de sortie. Afin de réduire la consommation et donc les émissions polluantes, sans faire de concession sur la puissance, il est connu de réduire la cylindrée du moteur tout en augmentant la puissance délivrée par chaque cylindre. Cependant une telle augmentation de la puissance conduit à une augmentation des pressions dans les cylindres, ce qui induit des problèmes de tenue mécaniques et d'augmentation de perte moteur par frottement encore désigné PMF. Le piston coulissant dans une chemise, la zone Segment - Piston - Chemise représente une part élevée des pertes moteur par frottement. En effet, l'établissement d'une vitesse nulle au Point Mort Haut (PMH) et au Point Mort Bas (PMB) durant le fonctionnement classique d'un moteur à quatre temps implique des régimes de lubrifications limites avec un frottement important métal-métal, car les surfaces ne sont plus séparées par l'huile, et par conséquent une forte augmentation des PMF à ces deux stades. On connait du document FR3005132 un ensemble piston-bielle dans lequel le piston est articulé sur la bielle par une liaison rotule. La bielle est maintenue au piston par une coupelle en forme d'anneau fermé et fixée au piston, au moyen de vis de fixation. Avec cet agencement, puisque la rotule ne peut pas être montée en passant par l'anneau, l'embout sphérique formant le pied de bielle doit être amovible. Une telle bielle est plus 3042571 2 couteuse qu'une bielle monobloc, c'est-à-dire pour laquelle la sphère et l'âme de la bielle forment une seule et même pièce. On connait encore du document US2317429 un ensemble piston-bielle dans lequel le 5 piston est articulé sur la bielle par une liaison rotule. La bielle est maintenue au piston par une coupelle de fermeture en forme d'anneau en deux demi parties. Les demi parties comprennent chacune des pattes qui s'étendent au-delà de la partie semi circulaire du demi-anneau et qui se chevauchent quand les deux demi-anneaux sont assemblés. Cependant, avec un tel agencement, le maintien des deux demi-anneaux entre eux n'est 10 pas assuré par ces pattes ce qui complique leur maintien en vue de leur vissage au piston. Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de proposer une solution qui permet d'améliorer le montage de la coupelle de fermeture dans un ensemble piston- 15 bielle et qui soit compatible d'une bielle pour laquelle la sphère de la rotule et l'âme de la bielle forment une seule pièce monobloc. Pour résoudre ce problème, il est prévu selon l'invention une coupelle de fermeture d'une liaison rotule d'un ensemble piston-bielle comprenant un piston articulé sur une bielle par 20 la liaison rotule, la coupelle étant constituée de deux parties semi-circulaires, chacune de ces parties comprenant deux surfaces d'extrémité en contact avec une des deux surfaces d'extrémité de l'autre partie lorsque les deux parties semi-circulaires sont assemblées pour former la coupelle, caractérisée en ce que les deux surfaces d'extrémité en contact comprennent des moyens d'assemblage complémentaires permettant l'emboitement et le 25 maintien des deux parties semi-circulaires entre elles. L'effet technique est qu'une fois assemblées les deux parties semi-circulaires de tiennent mutuellement, ce qui favorise le montage ultérieur dans le piston. 30 Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : Dans une variante, les moyens d'assemblage de ses deux parties semi-circulaires comprennent deux liaisons glissière, de préférence du type dit en queue d'aronde. 35 De préférence, les liaisons glissières présentent une butée de fin de course. 3042571 3 Dans une variante, lorsque la coupelle est assemblée elle présente des moyens d'assemblage externes circonférentiels destinés à son assemblage sur le piston. Dans une variante, les moyens d'assemblage externes circonférentiels comprennent un 5 filetage externe. Dans une autre variante, les moyens d'assemblage externes circonférentiels comprennent une nervure ou une rainure hélicoïdale. 10 Dans une autre variante, les moyens d'assemblage externes circonférentiels comprennent un tronc de cône. Dans une autre variante, la coupelle comprend des orifices de passage de vis pour le vissage de la coupelle au piston. 15 Dans une variante, chaque partie semi-circulaire porte une portion d'une jupe de piston. L'invention porte aussi sur un ensemble piston-bielle comprenant un piston articulé sur une bielle par une liaison rotule caractérisé en ce qu'il comprend une coupelle de 20 fermeture de la liaison rotule selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après 25 d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un ensemble piston-bielle de l'invention. 30 - La figure 2 est une représentation schématique d'une coupelle de fermeture selon un premier mode de réalisation de l'invention, les deux parties étant partiellement emboitées, en vue sensiblement de dessus. - La figure 3 est une représentation schématique de la coupelle de fermeture selon le premier mode de réalisation d'ensemble piston-bielle de l'invention, les deux parties étant 35 totalement emboitées. 3042571 4 - La figure 4 est une représentation schématique d'une coupelle de fermeture selon le premier mode de réalisation de l'invention, les deux parties étant partiellement emboitées, en vue sensiblement de dessous. - La figure 5 est une représentation schématique de la mise en place partielle des deux 5 parties semi-circulaires de la coupelle selon le premier mode de réalisation de l'invention autour de l'embout sphérique de la bielle. - La figure 6 est une représentation schématique de la mise en place terminée des deux parties semi-circulaires de la coupelle selon le premier mode de réalisation de l'invention autour de l'embout sphérique de la bielle. 10 - La figure 7 est une représentation schématique d'une coupelle de fermeture selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. - La figure 8 est une représentation schématique d'une coupelle de fermeture selon un troisième mode de réalisation de l'invention. - La figure 9 est une représentation schématique d'une coupelle de fermeture selon un 15 quatrième mode de réalisation de l'invention. - La figure 10 est une représentation schématique d'une coupelle de fermeture selon un autre mode de réalisation sur la base d'une coupelle selon le premier mode de réalisation de l'invention dans lequel les deux parties comprennent de plus une portion de jupe de piston. 20 - La figure 11 est une représentation schématique d'un ensemble piston-bielle de l'invention avec une coupelle de fermeture selon le mode de réalisation présenté en figure 10. 25 La figure 1 présente en coupe axiale un premier mode de réalisation d'un ensemble piston-bielle de l'invention. Cet ensemble bielle-piston est destiné à équiper de préférence un moteur thermique à piston. Sur la figure 1, l'ensemble piston-bielle comprend un piston 1 et une bielle 2. Le piston comprend un corps 3 de forme extérieure cylindrique s'étendant selon un axe central Z. 30 La bielle 2 comprend une âme 4, autrement dit la partie longiligne de la bielle 2, et un embout sphérique 5 formant le pied de bielle. Dans ce mode de réalisation, l'âme 4 et l'embout sphérique 5 sont de préférence monoblocs pour rendre la fabrication plus aisée, autrement dit, ils forment une même pièce. 35 3042571 5 Le piston 1 est articulé sur la bielle 2 par une liaison rotule entre une surface sphérique S1 appartenant au piston 1 et une surface sphérique S2 appartenant à l'embout sphérique 5 de la bielle 2. 5 La bielle 2 comprend de plus une conduite 6 interne traversant l'âme 4 de la bielle et l'embout sphérique 5 pour déboucher au niveau de l'embout sphérique 5 par un orifice 7 de sortie. Cette conduite 6 a pour fonction d'amener un lubrifiant, tel que de l'huile sous pression vers la liaison rotule. 10 En fonctionnement, l'huile de lubrification traverse la conduite interne 6 et débouche au niveau de la liaison rotule par l'orifice 7 de sortie pour venir s'intercaler entre les deux surfaces S1, S2, former un film d'huile et réduire les frottements entre les deux surfaces S1, S2. Le piston 1 peut comprendre un volume 8, tel qu'une calotte sphérique, en retrait de la surface sphérique S1 et permettant de faire une réserve d'huile. 15 Sur la figure 1, la bielle 2 est maintenue en translation par rapport au piston 1 à l'aide d'une coupelle 9 de fermeture, fixée au piston 1. Les figures 2 à 4 présentent plus en détail un premier mode de réalisation de la coupelle 9 20 de fermeture. Cette coupelle présente la forme générale d'une bague annulaire en deux parties semi-circulaires. Ainsi, la coupelle 9 de fermeture comprend une première et une seconde partie semi-circulaire, 11, 11'. Lorsque les deux parties semi-circulaires sont assemblées 11, 11', la 25 coupelle 9 de fermeture présente un orifice central 10 ainsi qu'une paroi interne formant un tronc de sphère destiné à faire office de siège 12 pour l'embout sphérique 5 de la bielle 2. Chaque partie semi-circulaire 11, 11' comprend respectivement deux surfaces d'extrémité 30 13, 13' et 14, 14' destinées à venir au contact avec une des deux surfaces d'extrémité de l'autre partie lorsque les deux parties semi-circulaires 11, 11' sont assemblées pour former la coupelle 9. Dans ce premier mode de réalisation, la liaison mécanique entre les deux parties semi- 35 circulaire 11, 11' est réalisée par deux liaisons glissières 15,15', parallèles, de préférence dites en « queue d'aronde », pour un usinage plus simple et une liaison plus fiable. La 3042571 6 coupelle 9 comprend donc une liaison glissière 17, 17' respectivement par couple de surface en contact 13, 14 et 13', 14'. Chaque glissière 15,15' en queue d'aronde se compose respectivement d'un tenon 16, 5 16' en forme de trapèze dans l'une des parties semi-circulaires 11, et d'une rainure 17, 17' de forme complémentaire dans l'autre des parties semi-circulaires 11'. Ces liaisons glissière 15, 15' permettent à elles seules l'emboitement et le maintien mutuel des deux parties semi-circulaires 11, 11' entre elles. 10 Comme illustré en figure 4, les rainures 17, 17' ne sont pas débouchantes sur une de leur extrémité, ce qui forme une butée de fin de course au montage des deux parties 11, 11' semi-circulaires entre elles. Comme illustré en figure 3, dans ce premier mode de réalisation la coupelle 9 comprend 15 un filetage externe 18 sur sa surface circonférentielle. En revenant à la figure 1, le piston 1 comprend un alésage 19 disposant à l'intérieur d'un pas de vis 20 complémentaire du filetage externe 18 de la coupelle 9 de fermeture. Une fois le montage terminé, l'embout sphérique 5 de la bielle 2 est positionné à l'intérieur cet 20 alésage 19. La procédure de montage de l'ensemble piston-bielle est alors la suivante : Dans une première étape, comme illustré par les figures 5 puis 6, on place les deux demi 25 parties 11, 11' autour de l'embout sphérique 5 et on les assemble en faisant glisser les tenons 16, 16' dans leur rainure respective 17, 17' jusqu'en fin de course, atteindre le fond de la rainure 17, 17'. La présence des rainures 17, 17' et des tenons 16, 16' sert également de système de détrompage car il permet à l'opérateur de montage de savoir si la coupelle 9 est bien en place. 30 Une fois la coupelle 9 assemblée autour de l'embout sphérique 5, on fait ensuite glisser la coupelle 9 longitudinalement jusqu'à ce que l'embout sphérique 5 et la coupelle 9 de fermeture soient en contact. 35 On approche ensuite le piston 1 en prévision du vissage de la coupelle 9 dans le pas de vis 20 de l'alésage 19. Le pas de vis 20 du piston 1 est la partie femelle tandis que le filetage 18 externe de la coupelle 9 de fermeture est la partie mâle du vissage. 3042571 7 On visse la coupelle 9 dans l'alésage 19 par le bas du piston 1. On entend par bas du piston 1 le côté du piston 1 destiné à être relié à la bielle 2, par opposition au haut du piston 1 désignant le côté du piston destiné à être dans la chambre de combustion du 5 moteur. On peut prévoir des moyens d'assemblage du piston avec la coupelle 9 de fermeture autres que par vissage. 10 Un second mode de réalisation de la coupelle est illustré par la figure 7. Les éléments communs au premier mode de réalisation de coupelle gardent les mêmes références. Dans ce second mode de réalisation, le filetage externe de la coupelle 9 de fermeture du premier mode de réalisation est remplacé par une nervure externe 21 hélicoïdale 15 circonférentielle à la coupelle 9. Par complémentarité, le pas de vis disposé dans l'alésage 19 du piston 1 dans le premier mode de réalisation est remplacé par une rainure complémentaire destinée à recevoir la nervure 19. La nervure externe 21 de la coupelle 9 de fermeture est la partie mâle des moyens d'assemblage de ce second mode de réalisation tandis que la rainure du piston est la partie femelle. En variante, la rainure est 20 disposée sur la coupelle pour former la partie mâle et la nervure est disposée dans l'alésage du piston 1 pour former la partie femelle des moyens d'assemblage de ce second mode de réalisation. On peut prévoir des moyens de verrouillage en fin de vissage pour bloquer la coupelle 9 une fois qu'elle est mise en place dans le piston en position serrée. Ces moyens de verrouillage peuvent se présenter sous la forme d'un 25 crochet 22, 22' placé à chaque extrémité de nervure et associé à une forme complémentaire appropriée dans la rainure de l'alésage 19 du piston 1. Dans ce second mode de réalisation, le montage de l'ensemble piston-bielle diffère de celui du premier mode de réalisation en ce que l'on visse la coupelle 9 dans l'alésage 19 30 par le bas du piston 1, de préférence par une rotation de la coupelle 9 d'au plus un tour pour un montage rapide. Un troisième mode de réalisation de la coupelle est illustré par la figure 8. Les éléments communs au premier mode de réalisation de coupelle gardent les mêmes références. 35 Dans ce troisième mode de réalisation, le filetage externe de la coupelle 9 de fermeture du premier mode de réalisation est remplacé par un premier tronc de cône 23 externe 3042571 8 circonférentiel à la coupelle 9. Par complémentarité, le pas de vis interne disposé dans l'alésage 19 du piston 1 dans le premier mode de réalisation est remplacé par un second tronc de cône interne à l'alésage du piston 3. Les angles des deux troncs de cônes sont prévus pour permettre un assemblage de la coupelle 9 avec le piston 3 par 5 emmanchement avec coincement des deux cônes. Dans ce troisième mode de réalisation, le montage de l'ensemble piston-bielle diffère donc de celui du premier mode de réalisation en ce que l'étape de vissage est remplacée par un emmanchement en force du tronc de cône de la coupelle 9 resserrée dans celui de 10 l'alésage 19 du piston 1. Un quatrième mode de réalisation de la coupelle est illustré par la figure 9. Les éléments communs au premier mode de réalisation de coupelle gardent les mêmes références. 15 Dans ce quatrième mode de réalisation, les moyens d'assemblage externes circonférentiels sont remplacés par des orifices 24 de passage de vis. Par complémentarité, le pas de vis interne disposé dans l'alésage 19 du piston 1 dans le premier mode de réalisation est supprimé et des trous filetés sont aménagés au fond de l'alésage 19 pour recevoir des vis. 20 Dans ce quatrième mode de réalisation, le montage de l'ensemble piston-bielle diffère donc de celui du premier mode de réalisation en ce que l'étape de vissage dans l'alésage 19 par rotation de la coupelle est remplacée par un vissage de la coupelle 9 dans l'alésage 19 par des vis passant par les orifices 24 et se vissant dans les trous filetés 19 25 aménagés au fond de l'alésage 19 du piston 1. Un autre mode de réalisation de la coupelle est illustré en figure 10. Les éléments communs au premier mode de réalisation de coupelle gardent les mêmes références. 30 Cet autre mode de réalisation est basé sur la coupelle 9 de fermeture présentée aux figures 2 à 4. Dans ce mode de réalisation, chaque partie 11, 11' semi circulaire de la coupelle 9 comprend avantageusement une portion 25, 25' de la jupe du piston qui sert au guidage de ce dernier. Chaque portion 25, 25' de la jupe du piston est reliée à sa partie 11, 11' semi circulaire, par exemple par une patte 26, 26' de liaison. Comme illustré 35 sur la figure 10, chaque portion de 25, 25' de la jupe est formée par exemple d'une paroi semi- cylindrique. 3042571 9 Dans ce mode de réalisation, le montage est sensiblement identique à celui détaillé pour le premier mode de réalisation de coupelle. Le montage final est illustré par la figure 11. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits précédemment. En variantes 5 non représentées, les modes de réalisation de coupelle 9 décrites aux figures 7 à 9 peuvent être adaptées à la façon du mode de réalisation présenté en figure 10 pour comprendre une portion de la jupe du piston qui sert au guidage de ce dernier. Les corps 3 de piston 1 sont adaptés en conséquence. 10 Les moyens d'assemblage complémentaires permettant l'emboitement et le maintien des deux parties semi-circulaires entre elles ne se limitent pas à une liaison glissière. D'autres moyens d'assemblage complémentaires permettant l'emboitement et le maintien des deux parties semi-circulaires entre elles peuvent être prévus. Dans une variante non représentée, les moyens d'assemblage complémentaires permettant l'emboitement et le 15 maintien des deux parties semi-circulaires entre elles peuvent se présenter sous la forme d'une liaison par pion disposé sur une des surfaces d'extrémité à emmancher en force dans un alésage approprié disposé dans la surface d'extrémité de l'autre partie semi circulaire. 20 L'invention a pour avantage de permettre un montage facilité et plus sûr, avec un temps de montage réduit. L'ensemble piston-bielle de l'invention peut équiper des machines à piston autre qu'un moteur à combustion interne. 25 REVENDICATIONS1. Coupelle (9) de fermeture d'une liaison rotule d'un ensemble piston-bielle comprenant un piston (1) articulé sur une bielle (2) par la liaison rotule, la coupelle (9) étant constituée de deux parties (11,11') semi-circulaires, chacune de ces parties comprenant deux surfaces (13, 13' ; 14, 14') d'extrémité en contact avec une des deux surfaces d'extrémité de l'autre partie lorsque les deux parties (11,11') semi-circulaires sont assemblées pour former la coupelle (9), caractérisée en ce que les deux surfaces d'extrémité (13, 14 ; 13', 14') en contact comprennent des moyens d'assemblage complémentaires permettant l'emboitement et le maintien des deux parties (11,11') semi-circulaires entre elles. 2. Coupelle (9) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'assemblage de ses deux parties (11,11') semi-circulaires comprennent deux liaisons glissière (15,15'), de préférence du type dit en queue d'aronde. 3. Coupelle (9) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les liaisons glissières (15,15') présentent une butée de fin de course. 4. Coupelle (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lorsqu'elle est assemblée elle présente des moyens d'assemblage externes circonférentiels destinés à son assemblage sur le piston (1). 5. Coupelle (9) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens d'assemblage externes circonférentiels comprennent un filetage externe (18). 6. Coupelle (9) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens d'assemblage externes circonférentiels comprennent une nervure (21) ou une rainure hélicoïdale. 7. Coupelle (9) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens d'assemblage externes circonférentiels comprennent un tronc de cône (23). 8. Coupelle (9) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des orifices (24) de passage de vis pour le vissage de la coupelle (9) au piston (1). 9. Coupelle (9) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque partie (11,11') semi-circulaire porte une portion (25, 25') d'une jupe de piston. 3042571 11 10. Ensemble piston-bielle comprenant un piston (1) articulé sur une bielle (2) par une liaison rotule caractérisé en ce qu'il comprend une coupelle (9) de fermeture de la liaison rotule selon l'une quelconque des revendications précédentes.