Brevet FR3061930A1 — publié le 20180720

ARBRE À CAMES DE MOTEUR THERMIQUE [1] L'invention concerne de manière générale le domaine de l'automobile. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un arbre à cames de moteur thermique. L'invention se rapporte également à un ensemble comprenant une culasse, un porte arbre à cames et un arbre à cames, un moteur thermique équipé d'un tel ensemble et un véhicule. [2] Dans le contexte de la réduction de la pollution et des émissions de 002, les constructeurs automobiles se doivent de satisfaire aux normes européennes d'émission, dites normes « Euro », qui imposent de fortes baisses des limites acceptables pour les rejets polluants. Une voie d'exploration identifiée par les constructeurs est la réduction de la consommation en carburant des moteurs thermiques en réduisant leurs pertes mécaniques par frottement. [3] Un moteur thermique comprend différents paliers dans lesquels interviennent des pertes par frottement plus ou moins prononcées selon la vitesse de rotation et la charge du moteur. Ainsi dans les moteurs thermiques, les arbres à cames commandant l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement sont supportés en rotation par différents paliers qui peuvent être le siège de pertes significatives. [4] Les paliers lisses hydrodynamiques dits également paliers à film fluide sont fréquemment utilisés dans les moteurs thermiques pour le guidage en rotation des arbres à cames. Dans les moteurs actuels avec une architecture dite à arbres à cames en tête, deux arbres à cames sont habituellement logés dans une partie haute de la culasse et commandent le système de soupaperie de celle-ci. Deux portes arbre à cames dans la partie haute de culasse supportent les arbres à cames pour leur guidage en rotation. Selon une configuration de montage usuelle, les portes arbre à cames comprennent des paliers hydrodynamiques formés chacun d'une base de palier fixe et d'un chapeau de palier rapporté. Les bases de palier sont comprises dans le corps de la culasse en aluminium. Les chapeaux de palier sont aussi en aluminium et se vissent sur les bases de palier pour fermer les paliers sur des tourillons de palier hydrodynamique correspondants des arbres à cames qui typiquement sont en acier forgé. [005] Dans un palier hydrodynamique, un film d'huile sous haute pression est créé entre la surface du tourillon de palier hydrodynamique et celle du palier afin d'obtenir un régime hydrodynamique minimisant les frottements. Cependant, le régime 3061930 2 hydrodynamique ne peut pas être obtenu en permanence et des pertes par frottement plus importantes interviennent en fonction du niveau de chargement du palier. [006] Dans EP1995417B1, il est proposé de remplacer l'ensemble des paliers hydrodynamiques utilisés pour le guidage en rotation de l'arbre à cames par des paliers à 5 roulement. Des roulements à billes ou à rouleaux sont montés sur l'arbre à cames qui est assemblé par frettage. Un roulement à billes avec une rainure dans sa bague externe et un pion s'engageant dans la rainure sont utilisés pour l'arrêt axial de l'arbre à cames. La solution proposée par EP1995417B1 autorise une réduction des pertes par frottement du fait de l'utilisation de paliers à roulement, mais apparaît comme coûteuse et non optimale. 10 [007] Il est souhaitable d'apporter une solution de montage des arbres à cames sur un moteur thermique qui tire profit de la réduction des pertes par frottement qu'autorisent les paliers à roulement, et cela avec un impact minimum sur les coûts. [8] Selon un premier aspect, l'invention concerne un arbre à cames de moteur thermique équipé d'au moins un palier à roulement monté sur une partie de guidage en 15 rotation de l'arbre. Conformément à l'invention, l'arbre à cames comprend également au moins un tourillon de palier hydrodynamique. [9] Selon une forme de réalisation particulière, l'arbre à cames comprend un seul palier à roulement, le palier à roulement étant monté sur la partie de guidage en rotation subissant les efforts mécaniques les plus importants. 20 [0010] Selon une autre forme de réalisation particulière, le palier à roulement est un roulement à billes. [0011] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, le palier à roulement est un roulement à rouleaux. [0012] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, le palier à roulement est 25 un roulement à aiguilles. [0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, l'arbre à cames comprend également une roue d'entrainement en rotation. Selon une forme de réalisation particulière, la roue d'entrainement en rotation est une roue dentée. 3061930 3 [0014] On notera que l'invention permet de limiter les pertes mécaniques par frottement liées au guidage en rotation de l'arbre à cames en remplaçant uniquement le ou les paliers hydrodynamiques les plus chargés par un ou des paliers à roulement. En prévoyant un remplacement uniquement des paliers absorbant les efforts les plus importants, il est 5 possible d'obtenir à un moindre coût une réduction conséquente des pertes mécaniques par frottement. [0015] De plus, du fait qu'un palier à roulement demande un débit d'huile moins important qu'un palier hydrodynamique, en sus de la réduction de consommation obtenue par la réduction des pertes par frottement, il est obtenu également un gain sur la fonction 10 de génération de pression d'huile par une diminution de la cylindrée de la pompe à huile. [0016] Selon un autre aspect, l'invention concerne également un ensemble comprenant une culasse de moteur thermique, un porte arbre à cames et un arbre à cames monté dans le porte arbre à cames. Conformément à l'invention, l'arbre à cames est tel que décrit brièvement ci-dessus et le porte arbre à cames comprend des moyens d'amenée d'huile 15 sous pression. [0017] L'invention concerne également un moteur thermique comprenant l'ensemble mentionné ci-dessus, et un véhicule automobile. [0018] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de 20 réalisation particulières de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig.1 est vue de dessus tronquée, en perspective, d'un montage d'un arbre à cames selon l'invention dans une partie haute d'une culasse de moteur thermique ; la Fig.2 est une vue plane d'un arbre à cames équipé d'un palier à roulement conformément à l'invention ; et 25 la Fig.3 est une vue en coupe partielle montrant le montage sur roulement à billes de l'arbre à cames. [0019] Dans la forme de réalisation particulière montrée à la Fig.1, l'arbre à cames 1 est monté en partie haute d'une culasse 2 d'un moteur thermique. Le moteur thermique est ici un moteur thermique à quatre cylindres, avec deux soupapes d'admission et deux 30 soupapes d'échappement par cylindre. L'arbre à cames 1 comprend donc un total de huit 3061930 4 cames regroupées en quatre paires V11 et V12, V21 et V22, V31 et V32 et V41 et V42 correspondant aux quatre cylindres du moteur. Les cames d'une même paire sont situées côte-à-côte et commandent une paire de soupapes correspondantes d'un même cylindre. [0020] L'arbre à cames 1 est monté pour son guidage en rotation sur quatre paliers 5 hydrodynamiques 201 à 204 et un roulement à billes 10. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à l'intégration d'un seul palier à roulement. [0021] Dans d'autres formes de réalisation, le roulement à billes pourra être remplacé par un roulement à rouleaux ou un roulement à aiguilles. [0022] Les paliers hydrodynamiques 201 à 204 comprennent ici des chapeaux de palier 10 211 à 214 qui sont vissés respectivement sur des bases correspondantes (non apparentes) formées dans le corps de la culasse en aluminium. Des tourillons de palier hydrodynamique 111 à 114 de l'arbre à cames 1, montrés à la Fig.2, sont guidés en rotation dans les paliers hydrodynamiques 201 à 204, respectivement. [0023] Le palier hydrodynamique 201 est placé entre les paires de cames V11, V12 et 15 V21, V22. Le palier hydrodynamique 202 est placé entre les paires de cames V21, V22 et V31, V32. Le palier hydrodynamique 203 est placé entre les paires de cames V31, V32 et V41, V42. Le palier hydrodynamique 204 est placé en bout d'arbre, adjacent à une première extrémité 12 de l'arbre à cames 1. [0024] Le roulement à billes 10 est monté adjacent à une deuxième extrémité 13 de 20 l'arbre à cames 1, à l'opposé de sa première extrémité 12, dans une partie de guidage en rotation 16 de celui-ci montrée à la Fig.3. [0025] Comme montré à la Fig.3, une bague interne 100 du roulement à billes 10 est insérée dans la partie de guidage en rotation 16 de l'arbre à cames 1. Une bague externe 101 du roulement à billes 10 est insérée dans un alésage 22 du porte arbre à cames 3. 25 [0026] Selon l'application, la bague interne 100 est rendue solidaire en rotation de la partie 16 par des moyens connus tels que par exemple avec une clavette ou un montage à force. La bague externe 101 pourra par exemple être immobilisée en rotation dans l'alésage 22 à l'aide d'une clavette. [0027] Comme cela apparaît également à la Fig.3, le porte arbre à cames 3 comprend 30 un conduit 30 d'amenée d'huile sous pression pour la lubrification du roulement à billes 10. 3061930 5 [0028] Dans cette forme de réalisation particulière, une roue dentée d'entrainement en rotation 14, montrée à la Fig.2, équipe également l'arbre à came 1. Dans le moteur thermique, la roue dentée 14 est couplée au vilebrequin par une chaîne de distribution 15, montrée à la Fig.1, qui entraine en rotation la roue 14 et l'arbre à cames 1. Bien entendu, 5 dans d'autres applications, la roue dentée et la chaîne pourront être remplacées par une roue crantée et une courroie crantée de distribution. [0029] L'arrêt axial de l'arbre à cames 1 dans le porte arbre à cames 3 est ici réalisé par l'intermédiaire d'un palier glissant 140 (cf. Fig.2) sous la forme des flancs de la roue dentée 14 en appui direct sur des parois de la culasse 2. 10 [0030] L'invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées. REVENDICATIONS1. Arbre à cames de moteur thermique équipé d'au moins un palier à roulement (10) monté sur une partie de guidage en rotation (16) de l'arbre (1), caractérisé en ce qu'il comprend également au moins un tourillon de palier hydrodynamique (111, 112, 113, 114). 2. Arbre à cames équipé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un seul palier à roulement (10), ledit palier à roulement étant monté sur la partie de guidage en rotation (16) subissant les efforts mécaniques les plus importants. 3. Arbre à cames équipé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit palier à roulement (10) est un roulement à billes. 4. Arbre à cames équipé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit palier à roulement (10) est un roulement à rouleaux. 5. Arbre à cames équipé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit palier à roulement (10) est un roulement à aiguilles. 6. Arbre à cames équipé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend également une roue d'entrainement en rotation (14). 7. Arbre à cames équipé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite roue d'entrainement en rotation (14) est une roue dentée. 8. Ensemble comprenant une culasse de moteur thermique, un porte arbre à cames et un arbre à cames monté dans ledit porte arbre à cames, caractérisé en ce que ledit arbre à cames est un arbre à cames (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et ledit porte arbre à cames (3) comprend des moyens d'amenée d'huile sous pression (30). 9. Moteur thermique caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble (2) selon la revendication 8. 10. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un moteur thermique selon la revendication 9.