Brevet FR3042572A1 — publié le 20170421

PROCEDE DE MONTAGE D'UN ENSEMBLE PISTON-BIELLE A ROTULE La présente invention se rapporte au domaine des machines à pistons. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de montage d'un ensemble piston-bielle comprenant un piston articulé sur une bielle par une liaison rotule. 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 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. 3042572 2 On connait encore du document US6408813 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 de fermeture en forme d'anneau qui peut être fendue pour le passage du 5 pied de bielle, et fixé au corps de piston par un filetage externe. Cependant, avec un tel agencement, le maintien irréprochable de la coupelle par le seul vissage par le filetage externe ne semble pas suffisant. Par conséquent, le problème à la base de l'invention est de proposer une solution qui 10 permet d'améliorer le maintien de la coupelle de fermeture dans un ensemble piston-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 un procédé de montage d'un 15 ensemble piston-bielle comprenant un piston articulé sur une bielle par une liaison rotule et une coupelle de fermeture de la liaison rotule, la coupelle comprenant un orifice central et une fente radiale ouvrant l'orifice, le piston et la coupelle comprenant des moyens d'assemblage de la coupelle sur le piston complémentaires, la fente de la coupelle au repos comprenant un écartement prévue pour permettre le passage de la bielle, et la 20 partie des moyens d'assemblage de la coupelle au repos n'étant pas circulaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes dans lesquelles : - on fait glisser la coupelle sur la bielle par la fente radiale, - on applique un effort pour réduire l'écartement de la fente de sorte à rendre la partie des moyens d'assemblage de la coupelle circulaire et permettre la coopération des moyens 25 d'assemblage, -on met en place la coupelle resserrée dans le piston par coopération des moyens d'assemblage, -on relâche l'effort visant à réduire l'écartement de la fente de la coupelle. 30 L'effet technique est que les bords de la coupelle ayant tendance à s'écarter apporte un effort de contact qui contribue au maintien de celle-ci dans son alésage. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : 35 Dans une variante, la partie des moyens d'assemblage disposée sur le piston est femelle, et celle disposée sur la coupelle est mâle. 3042572 3 Dans une autre variante, les moyens d'assemblage comprennent un pas de vis interne à un alésage disposé sur le piston et un filetage externe circonférentiel à la coupelle et la mise en place de la coupelle resserrée sur le piston se fait par vissage du filetage externe 5 dans le pas de vis interne à l'alésage. Dans une autre variante, les moyens d'assemblage comprennent une rainure interne à un alésage disposé sur le piston, et une nervure externe circonférentielle à la coupelle et la mise en place de la coupelle resserrée sur le piston se fait par vissage de la nervure 10 externe dans la rainure interne à l'alésage. Dans une autre variante, les moyens d'assemblage comprennent une nervure hélicoïdale interne à un alésage disposé sur le piston, et une rainure hélicoïdale externe circonférentielle à la coupelle et la mise en place de la coupelle resserrée sur le piston se 15 fait par vissage de la rainure externe dans la nervure interne à l'alésage. De préférence alors, le vissage se fait par une rotation de la coupelle d'au plus un tour. Dans une autre variante, les moyens d'assemblage comprennent un second tronc de 20 cône interne à un alésage disposé sur le piston, et un premier tronc de cône externe circonférentiel à la coupelle et la mise en place de la coupelle resserrée sur le piston se fait par emmanchement des deux troncs de cônes. L'invention porte aussi sur une coupelle de fermeture d'une liaison rotule d'un ensemble 25 piston-bielle comprenant un piston articulé sur une bielle par la liaison rotule, la coupelle comprenant un orifice central et une fente radiale ouvrant l'orifice, des moyens d'assemblage externes circonférentiels, caractérisé en ce que, au repos, la coupelle présente des moyens d'assemblage externes circonférentiels non circulaires. 30 L'invention porte encore 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 fermeture de la liaison rotule de l'invention montée par un procédé de montage de l'invention. 35 En variante, la bielle comprend une âme et un embout sphérique formant une même pièce. 3042572 4 D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : 5 - La figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation d'un ensemble piston-bielle de l'invention. - La figure 2 est une représentation schématique d'une coupelle de fermeture convenant au premier mode de réalisation d'ensemble piston-bielle de l'invention, à l'état de repos. 10 - La figure 3 est une représentation schématique de la coupelle de fermeture selon le premier mode de réalisation, à l'état resserré pour son montage dans le piston. - La figure 4 représente schématiquement la mise en place de la bielle dans l'orifice central de la coupelle de fermeture. - La figure 5 est une représentation schématique d'une coupelle de fermeture selon un 15 second mode de réalisation d'ensemble piston-bielle de l'invention. - La figure 6 est une représentation schématique d'une coupelle de fermeture selon un troisième mode de réalisation d'ensemble piston-bielle de l'invention. 20 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. 25 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. 30 Le piston 1 est articulé sur la bielle 2 par une liaison rotule entre une surface sphérique 51 appartenant au piston 1 et une surface sphérique S2 appartenant à l'embout sphérique 5 de la bielle 2. 35 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 3042572 5 de sortie. Cette conduite 6 a pour fonction d'amener un lubrifiant, tel que de l'huile sous pression vers la liaison rotule. En fonctionnement, l'huile de lubrification traverse la conduite interne 6 et débouche au 5 niveau de la liaison rotule par l'orifice 7 de sortie pour venir s'intercaler entre les deux surfaces S1, S2, former un film 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. 10 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. La figure 2 présente plus en détail la coupelle 9 de fermeture. Cette coupelle présente la forme générale d'une bague annulaire fendue. 15 La coupelle 9 comprend un disque 12 comportant un orifice central 10. Lorsque l'ensemble piston-bielle est monté l'orifice central 10 entoure l'âme 4 de la bielle 2. Dans ce mode de réalisation, la coupelle 9 de fermeture comprend encore un filetage externe 11, circonférentiel au disque 12. Pour améliorer la tenue mécanique, le filetage 11 peut se prolonger sur une paroi 13 périphérique disque 12 et en saillie de celui-ci. Le disque 12 20 comprend autour de l'orifice central 10 un siège 14 se présentant sous la forme d'un chanfrein. Lorsque l'ensemble piston-bielle est monté, le siège 14 est en contact avec l'embout 5 sphérique. Comme illustré en figure 2, la coupelle comprend encore une fente radiale 15 qui s'étend 25 du filetage 11 à l'orifice 10 et qui ouvre celui-ci sur l'extérieur. En revenant à la figure 1, le piston 1 comprend un alésage 16 disposant à l'intérieur d'un pas de vis 17 complémentaire du filetage 11 de la coupelle 9 de fermeture. Une fois le montage terminé, l'embout sphérique 5 de la bielle 2 est disposé dans cet alésage 16. 30 Au repos, autrement dit avant son vissage dans le pas de vis 17 du piston 3, l'écartement des bords 18 de la fente 15 de la coupelle 9 de fermeture est prévu pour permettre le passage de l'âme 4 de la bielle 2 à travers la fente 15, mais pas le vissage dans le pas de vis 17 du piston 3. En effet, au repos le filetage 11 n'est pas circulaire et ne peut être 35 assemblé au pas de vis 17. Selon l'invention, le vissage de la coupelle 9 dans le pas de vis 17 requiert d'abord le rapprochement des bords 18 de la fente 15 pour rendre la coupelle 9 circulaire et permettre le vissage dans le pas de vis 17 du piston 3, comme 3042572 6 illustré en figure 3, par les flèches F3. Ce rapprochement permet aussi de retenir l'âme 4 de la bielle 2 dans l'orifice central 10 de la coupelle 9 de fermeture. La procédure de montage de l'ensemble piston-bielle est alors la suivante : 5 Dans une première étape, on fait glisser la coupelle 9 de fermeture sur la bielle 2 au niveau de la base de l'embout sphérique 5 par la fente radiale 15. Cette étape est illustrée par la figure 4, et notamment le mouvement par la flèche F4. 10 Une fois l'âme 4 de la bielle 2 dans l'orifice 10 de la coupelle 9, 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. -On approche ensuite le piston 1 en prévision du vissage de la coupelle 9 dans le pas de 15 vis 17 de l'alésage 16. Le pas de vis 17 du piston est la partie femelle tandis que le filetage 11 externe de la coupelle 9 de fermeture est la partie mâle du vissage. -On réduit l'écartement de la fente 15 en resserrant les deux bords 18 de la fente 15, ce qui rend la coupelle 9 circulaire et permet d'insérer la coupelle 9 dans l'alésage 16. Cette 20 étape est illustrée par la figure 3 et notamment le mouvement de resserrement des bords 18 par les flèches F3. Le resserrement des bords 18, permet aussi d'assurer une bonne étanchéité de la liaison rotule. De préférence la réduction de l'écartement est au moins en partie élastique, autrement dit si on relâche l'effort requis pour réduire l'écartement, les bords 18 s'écartent de nouveau. 25 -On visse la coupelle 9 resserrée dans l'alésage 16 par le bas du piston 3. 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 moteur. 30 - On relâche les bords 18 de la coupelle 9 de fermeture. Ainsi, par élasticité, la coupelle tend à revenir à sa forme au repos, donc à écarter les bords 18, ce qui crée un effort de serrage supplémentaire et contribue à la sureté de fonctionnement de l'ensemble piston-bielle, sans avoir à ajouter de vis de maintien supplémentaires. 35 On peut prévoir des moyens d'assemblage complémentaires du piston avec la coupelle 9 de fermeture autres que par vissage. 3042572 7 Un second mode de réalisation de la coupelle est illustré par la figure 5. Les éléments communs au premier mode de réalisation de coupelle gardent les mêmes références. 5 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 19 hélicoïdale circonférentielle à la coupelle 9. Par complémentarité, le pas de vis disposé dans l'alésage 16 du piston 3 dans le premier mode de réalisation est remplacé par une rainure complémentaire destinée à recevoir la nervure 19. La nervure externe 19 de la coupelle 9 10 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 disposée sur la coupelle pour former la partie mâle et la nervure est disposée dans l'alésage du piston 3 pour former la partie femelle des moyens d'assemblage de ce second mode de réalisation. 15 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 resserrée dans l'alésage 16 par le bas du piston 1, de préférence par une rotation de la coupelle 9 d'au plus un tour pour un montage rapide. 20 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 crochet 21, 21' placé à chaque extrémité de nervure et associé à une forme complémentaire appropriée dans la rainure 25 de l'alésage 19 du piston 1. Un troisième mode de réalisation de la coupelle est illustré par la figure 6. Les éléments communs au premier mode de réalisation de coupelle gardent les mêmes références. 30 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 20 externe circonférentiel à la coupelle 9. Par complémentarité, le pas de vis interne disposé dans l'alésage 16 du piston 1 dans le premier mode de réalisation est remplacé par un second tronc de cône interne à l'alésage du piston 1. Les angles des deux troncs de cônes sont 35 prévus pour permettre un assemblage de la coupelle 9 avec le piston 1 par emmanchement avec coincement des deux cônes. 3042572 8 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 l'alésage 16 du piston 1. 5 L'invention a pour avantage de permettre un montage facilité et plus sûr qui ne requiert pas de vis de maintien supplémentaires. L'ensemble piston-bielle de l'invention peut équiper des machines à piston autre qu'un 10 moteur à combustion interne. REVENDICATIONS1. Procédé de montage d'un ensemble piston-bielle comprenant un piston (1) articulé sur une bielle (2) par une liaison rotule et une coupelle (9) de fermeture de la liaison rotule, la coupelle (9) comprenant un orifice (10) central et une fente (15) radiale ouvrant l'orifice (10), le piston (1) et la coupelle (9) comprenant des moyens d'assemblage de la coupelle (9) sur le piston (1) complémentaires, la fente (15) de la coupelle au repos comprenant un écartement prévue pour permettre le passage de la bielle (2), et la partie des moyens d'assemblage de la coupelle (9) au repos n'étant pas circulaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes dans lesquelles : - on fait glisser la coupelle (9) sur la bielle (2) par la fente (15) radiale, - on applique un effort pour réduire l'écartement de la fente (15) de sorte à rendre la partie des moyens d'assemblage de la coupelle (9) circulaire et permettre la coopération des moyens d'assemblage, -on met en place la coupelle (9) resserrée dans le piston (1) par coopération des moyens d'assemblage, -on relâche l'effort visant à réduire l'écartement de la fente (15) de la coupelle (9). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie des moyens d'assemblage disposée sur le piston (1) est femelle, et celle disposée sur la coupelle (9) est mâle. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage comprennent un pas de vis (17) interne à un alésage (16) disposé sur le piston (1) et un filetage (11) externe circonférentiel à la coupelle (9) et la mise en place de la coupelle (9) resserrée sur le piston (1) se fait par vissage du filetage (11) externe dans le pas de vis (17) interne à l'alésage (16). 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage comprennent une rainure interne à un alésage disposé sur le piston (1), et une nervure externe (19) circonférentielle à la coupelle (9) et la mise en place de la coupelle (9) resserrée sur le piston (1) se fait par vissage de la nervure externe (19) dans la rainure interne à l'alésage (16). 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage comprennent une nervure (19) hélicoïdale interne à un alésage disposé sur le piston- (1), et une rainure hélicoïdale externe circonférentielle à la coupelle (9) et la mise en place de la coupelle (9) resserrée sur le piston (1) se fait par vissage_de la rainure externe dans la nervure (19) interne à l'alésage (16). 3042572 10 6. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que le vissage se fait par une rotation de la coupelle (9) d'au plus un tour. 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'assemblage comprennent un second tronc de cône interne à un alésage disposé sur le piston (1), et 5 un premier tronc de cône (20) externe circonférentiel à la coupelle (9) et la mise en place de la coupelle (9) resserrée sur le piston (1) se fait par emmanchement des deux troncs de cônes. 8. 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) 10 comprenant un orifice (10) central et une fente (15) radiale ouvrant l'orifice (10), des moyens d'assemblage externes circonférentiels, caractérisée en ce que, au repos, la coupelle (9) comprend un écartement prévu pour permettre le passage de la bielle (2) et présente des moyens d'assemblage externes circonférentiels non circulaires. 15 9. 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 la revendication 8 montée par un procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2. 10. Ensemble piston-bielle selon la revendication 9, caractérisé en ce que la bielle (2) 20 comprend une âme (4) et un embout sphérique (5) formant une même pièce.