Brevet FR3096417A1 — publié le 20201127

Description Titre de l'invention : Agencement de maintien de vilebrequin dans un carter-cylindres de moteur thermique Domaine technique [0001] L'invention concerne un agencement de vilebrequin monté mobile en rotation autour de son axe dans un carter-cylindres de moteur thermique et tenu par un palier de vilebrequin, et également un système de lubrification d'un vilebrequin dudit moteur. Technique antérieure [0002] Les moteurs à combustion, notamment interne, comprennent en général une culasse supérieure et un carter-cylindres, aussi appelé bloc-cylindres, comprenant au moins un cylindre dans lequel coulisse un piston selon un mouvement de va et vient. [0003] Le piston est relié par une bielle à un vilebrequin au niveau d'un maneton. [0004] Le vilebrequin comprend au moins un tourillon et au moins un maneton dont les axes sont parallèles à l'axe longitudinal du vilebrequin. [0005] Le vilebrequin est monté tournant dans une chambre de bielles dans laquelle débouche le cylindre. L'axe du vilebrequin est maintenu en position dans la chambre de bielles par des paliers fixes et des chapeaux de palier, chaque palier et son chapeau de palier associé entourant et guidant en rotation un tourillon associé du vilebrequin. [0006] Le vilebrequin tournant à des régimes élevés (de 800 tours/mn à 7500 tours/mn), les zones de contact entre un tourillon du vilebrequin et un ensemble palier-chapeau de palier doivent être lubrifiées en conséquence afin de réduire les frottements pouvant entraîner des surchauffes des différents organes et des surconsommations de carburant et éviter des grippages dudit moteur. [0007] Du liquide de lubrification ici de l'huile est donc amené vers ces zones de contact, depuis une rampe principale aménagée dans le carter-cylindres, par un conduit qui est percé dans le corps du vilebrequin et le palier et qui débouche dans la paroi cylindrique convexe du palier en regard du tourillon du vilebrequin. [0008] Un conduit intermédiaire est aussi percé dans le corps du vilebrequin pour relier la paroi du tourillon en contact avec le palier, et la paroi d'un maneton adjacent sur lequel une tête de bielle est montée à rotation. [0009] Ainsi, l'huile est amenée jusqu'à la paroi du palier en contact avec le tourillon pour permettre de lubrifier les zones de contact entre le tourillon et le palier. [0010] Une partie de l'huile est ensuite dirigée depuis la paroi du tourillon vers la paroi du maneton afin de lubrifier la zone de contact du maneton avec la tête de bielle. [0011] De manière connue, un coussinet est interposé radialement entre d'une part le tourillon et, d'autre part, l'ensemble palier- chapeau de palier associé. Ledit coussinet 2 entoure le tourillon et également le maneton. [0012] Chaque coussinet est constitué de deux demi-bagues serni-cylindriques creuses com- plémentaires, une demi-bague supérieure et une demi-bague inférieure, pour entourer la paroi cylindrique convexe du tourillon. [0013] Chaque demi-bague supérieure est installée immobile dans le palier et chaque demi- bague inférieure est installée immobile dans le chapeau de palier. [0014] On appelle par la suite la demi-bague supérieur coussinet supérieur et la demi-bague inférieur coussinet inférieur. [0015] Le coussinet supérieur comporte une paroi cylindrique externe en contact avec la paroi du palier et une paroi cylindrique interne en contact avec la paroi du tourillon, et au moins un perçage ou trou radial qui est relié au conduit d'amenée d'huile. [0016] De manière connue, dans sa paroi cylindrique interne, le coussinet supérieur comporte une rainure circulaire dans laquelle débouche le perçage radial, cette rainure étant destinée à diriger la circulation d'huile sur une portion de surface du tourillon. [0017] Selon cette conception connue qui est par exemple illustrée dans le document FR 2.979.666, la rainure s'étend angulairement sur toute la longueur séparant les deux bords d'extrémité du coussinet supérieur. [0018] Le document DE19826460-A1 propose également une lubrification de le demi-bague inférieure du coussinet grâce à deux rainures sensiblement diamétralement opposées aux bords de la demi-bague et s'étendant selon un arc de cercle réduit. [0019] Le document EP2813717-Al divulgue une demi-bague supérieure comportant deux rainures s'étendant angulairement sur la paroi intérieure de ladite demi-bague tournée vers l'axe du tourillon ou du maneton du vilebrequin, lesdites deux rainures étant séparées par une bande angulaire pleine selon un arc dont la longueur de l'arc est inférieur au diamètre du conduit d'amenée de fluide de lubrification afin de permettre une lubrification constante de la paroi intérieure de ladite demi-bague de coussinet. Cela permet d'assurer une continuité de la lubrification. [0020] Les conceptions dans lesdits ont notamment pour inconvénient de réduire la portance hydrodynamique, phénomène qui est particulièrement important dans les cas de fortes charges orientées vers ledit coussinet qui présente une réduction de largeur utile, ce qui est notamment le cas sous l'effet des efforts d'inertie liés notamment aux masses alternatives des pistons. Il est alors nécessaire d'accroitre la largeur des demi-bagues du coussinet et donc du coussinet lui-même ce qui entraine un accroissement de la longueur des tourillons du vilebrequin et donc du moteur. [0021] L'invention vise notamment à remédier à cet inconvénient et d'optimiser la portance hydrodynamique sans accroitre la largeur du coussinet. Exposé de l'invention 3 100221 L'invention propose un agencement de vilebrequin clans un carter-cylindres tenu par au-moins un palier et chapeau de palier et comportant un coussinet de palier de vilebrequin formé par une demi-bague supérieure et demi-bague inférieure qui sont semi-cylindriques creuses complémentaires, ladite demi-bague supérieure comporte, dans sa paroi concave : [0023] - deux tronçons de rainure circulaire dans le prolongement angulaire, chacun desdits tronçon s'étend depuis une extrémité de la bague semi-cylindrique et seulement le long d'une portion angulaire de la paroi concave, comporte un perçage radial associé qui communique avec la rainure circulaire et est destiné à être connecté avec un conduit de distribution d'huile creusé dans le vilebrequin entre un maneton et un tourillon, [0024] Caractérisé en ce que les deux tronçons sont séparés l'un de l'autre d'une longueur de corde au-moins égale au diamètre du conduit de distribution. [0025] Selon d'autres caractéristiques de l'invention : [0026] - les deux tronçons sont symétriques par rapport à un plan médian axial. [0027] -chaque tronçon de rainure angulaire comprend une ouverture radiale connectée avec un conduit d'amenée de fluide. [0028] L'invention propose aussi un système de lubrification d'un vilebrequin de moteur de véhicule automobile qui comporte : [0029] - un vilebrequin comportant au moins un tourillon de guidage en rotation et un maneton connecté l'un à l'autre par un conduit de distribution ; [0030] - un coussinet qui est interposé radialement entre le tourillon et un palier fixe du moteur comportant un conduit d'arrivée d'huile, caractérisé en ce que le coussinet est réalisé selon l'invention. [0031] L'invention propose enfin un moteur thermique de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il est équipé d'un système de lubrification selon l'invention. Brève description des dessins [0032] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : [0033] - [fig. I] est une vue qui représente schématiquement en coupe longitudinale axiale d'un vilebrequin et de son système de lubrification ; et [0034] - [fig.2] est une vue en perspective à grande échelle de la bague semi-cylindrique su- périeure d'un coussinet selon l'invention apte à équiper les paliers de ligne du vilebrequin de la figure 1. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES [0035] Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mûmes références. [0036] Dans la suite de la description, on adoptera de manière non limitative des orientations longitudinale ou axiale en référence à l'axe du coussinet, et radiale en reference à l'orientation axiale du coussinet. [0037] On a représenté schématiquement à la figure 1 un vilebrequin 10 d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile à quatre cylindres. [0038] Le vilebrequin 10 comporte au moins un tourillon cylindrique 12 qui est entouré par un palier 14 et un chapeau de palier 16, et comporte au moins un maneton 18 qui est entouré par une tête de bielle (non représentée). [0039] Le système de lubrification du vilebrequin comporte une rampe d'huile principale 20 qui est agencée dans une partie non représentée du moteur et qui est alimentée par une pompe à huile 22. [0040] La rampe 20 est reliée à un conduit 24 d'amenée d'huile qui débouche au travers du palier 14 dans une paroi cylindrique concave en regard du tourillon cylindrique 12. [0041] Un conduit de distribution d'huile 28 est percé dans le corps du vilebrequin et il s'étend entre la paroi périphérique, cylindrique concave, du palier 14 et une paroi, cylindrique convexe, du maneton 18 pour amener de l'huile captée à la paroi du tourillon 12 vers le maneton 18 et lubrifier la zone de contact entre le maneton et une bielle associée (non représentée). [0042] De manière connue, un coussinet 100 est interposé radialement entre la paroi péri- phérique cylindrique convexe du tourillon 12 et la paroi cylindrique interne concave formée pour moitié dans le palier « inférieur » 14 et le chapeau de palier « supérieur » 16. [0043] Chaque coussinet 100 est formé de deux demi-bagues semi-cylindriques et complé- mentaires, une demi-bague supérieure 30 logée entre le palier 14 et le tourillon, et une demi-bague inférieure (non représentée) logée contre le chapeau de palier 16. [0044] La demi-bague semi-cylindrique supérieure 30 et la demi-bague inférieure sont com- munément appelées respectivement coussinet supérieur (de ligne ou de vilebrequin) et coussinet inférieur (de ligne ou de vilebrequin). [0045] L'invention concerne ici au moins la conception de la bague seini-cylindrique su- périeure constituant le coussinet supérieur dont un mode de réalisation préféré est illustré à la figure 2 agencée autour d'un tourillon de vilebrequin de moteur thermique. [0046] La demi-bague semi-cylindrique supérieure 30 illustrée à la figure 2 est délimitée par une paroi externe 32 cylindrique convexe et par une paroi interne 34 cylindrique concave. [0047] Ladite demi-bague 30 est délimitée axialement par deux bords latéraux opposés 36 et angulairement par un premier bord d'extrémité 38-1 et par un deuxième bord d'extrémité 38-2. [0048] Ces deux bords d'extrémité 38-1 et 38-2 sont les bords de raccordement formant plan de joint de raccordement avec l'autre demi-bague inférieure scrni-cylindrique inférieure non représentée. [0049] Cette zone de raccordement ou de jonction est aussi appelée « zone de dépinçage ». [0050] Conformément à l'invention, la paroi interne 34 cylindrique concave comporte deux tronçons de rainure circulaire, 42-1 et 42-2 dans le prolongement, le premier tronçon 42-1 s'étend angulairement depuis le premier bord d'extrémité 38-1 sur un arc de cercle dont l'angle est inférieur à 90° et le deuxième tronçon 42-2 qui s'étend angulairement dans le prolongement du premier jusqu'au deuxième bord d'extrémité 38-2. Lesdits deux tronçons 42-1, 42-2 sont séparés l'un de l'autre d'une longueur de corde supérieure ou égale à un seuil. [0051] En d'autres termes, il existe une portion ou tronçon angulaire - ici une portion centrale intermédiaire 44 - de la paroi interne 34 cylindrique concave qui est dépourvue de rainure. [0052] De manière connue, le conduit de distribution creusé dans le vilebrequin entre le tourillon et le maneton débouche de la paroi périphérique cylindrique convexe du tourillon 12 de manière sensiblement médiane. [0053] Ledit débouché vient en vis-à-vis de chaque tronçon de rainure circulaire, 42-1 et 42 lors de la rotation du vilebrequin et donc du tourillon autour de l'axe du vilebrequin. Le liquide de lubrification peut alors s'écouler depuis les tronçons de rainure circulaire dans le conduit de distribution. [0054] Les deux tronçons de rainure circulaire sont de section rectangulaire et, à titre non limitatif, ici rectilignes en s'étendant dans un plan radial centré par rapport aux deux bords latéraux opposés 36. [0055] Le premier tronçon 42-1 de rainure circulaire s'étend angulairement depuis le premier bord d'extrémité 38-1 de la bague semi-cylindrique 30, jusqu'à son extrémité angulaire opposée qui est définie par un premier perçage radial associé traversant 46-1 qui communique avec ce premier tronçon 42-1 de rainure circulaire. [0056] Ici de manière symétrique par rapport à un plan axial médian de symétrie de la bague semi-cylindrique 30, la rainure comporte un deuxième tronçon 42-2 de rainure circulaire qui s'étend angulairement depuis le deuxième bord d'extrémité 38-2 de la bague semi-cylindrique 30, jusqu'à son extrémité angulaire opposée qui est définie par un deuxième perçage radial associé traversant 46-2 qui communique avec ce deuxième tronçon 42-2 de rainure circulaire. [0057] Ainsi, chaque tronçon de rainure angulaire 42-1, 42-2 s'étend angulairement entre une extrémité 38-1, 38-2 de la bague semi-cylindrique 30 et le perçage associé 46-1, 46-2. [0058] Chaque perçage 46-1, 46-2 met ainsi en communication le tronçon de rainure associé 42-1, 42-2 avec paroi externe 32 cylindrique convexe. 6 [0059] Lors de la rotation du vilebrequin, un film de fluide de lubrification sépare la surface de la paroi interne 34 cylindrique concave de la paroi du tourillon en vis-à-vis. Le film d'huile génère une portance hydrodynamique « négative» entre les parois cylindriques du coussinet et du tourillon en regard, notamment entre la paroi interne 34 cylindrique concave dépourvue de rainure de la demi-bague supérieure et le la paroi convexe du tourillon. [0060] Pour assurer cette portance hydrodynamique, il est connu d'accroitre la longueur de la demi-bague semi-cylindrique du coussinet selon l'axe du coussinet, ce qui est susceptible d'accroitre l'encombrement du vilebrequin et donc du moteur. [0061] Selon l'invention, La séparation entre les deux tronçons de rainure circulaire permet la génération d'une portance hydrodynamique entre lesdits deux tronçons. Ladite portance dynamique de manière préférentielle ne doit pas être altérée voire supprimée par le passage du débouché du conduit de distribution. [0062] Le seuil de séparation minimal entre les deux tronçons de rainure circulaire est égal au diamètre du conduit de distribution. Ledit diamètre est de l'ordre de 5 à 6 mm ou supérieur. De façon plus précise, la longueur de corde séparant les deux tronçons de rainure circulaire est au moins égale au diamètre du conduit de distribution. [0063] Ainsi, la perte de portance hydrodynamique négative duc à la présence de la rainure est réduite, par rapport à l'état de la technique dans laquelle la rainure s'étend angulairement sur toute la longueur séparant le premier bord d'extrémité 38-1 du deuxième bord d'extrémité 38-2 et donc l'augmentation de la surface de portance par l'augmentation de longueur du coussinet selon son axe n'est plus nécessaire ce qui contribue à la compacité du moteur thermique. [0064] Ceci est particulièrement important dans les cas de fonctionnement dans lesquels la direction principale de la charge au palier de ligne est dirigée « vers le haut » en direction du coussinet supérieur, ce qui est notamment le cas sous l'effet des efforts d'inertie liés notamment aux masses alternatives des pistons. [0065] Ce problème est avantageusement résolu tout en satisfaisant aux exigences d'alimentation en huile des manetons de bielle(s) et d'évacuation des pollutions telles que des particules présentes dans l'huile de lubrification, cette évacuation se faisant dans la zone dite de « dépinçage » mentionnée précédemment. [0066] La zone ou portion centrale intermédiaire 44 dépourvue de rainure est avanta- geusement la zone la plus sollicitée à hauts régimes de rotation du vilebrequin. [0067] Le mode réalisation préféré qui vient d'être décrit présentant une symétrie générale de conception est avantageux en ce qu'il ne nécessite pas de détrompage pour le montage du coussinet supérieur dans l'une ou l'autre de ses deux positions possibles de montage. [0068] Selon des variantes non représentées de l'invention : 7 [0069] - pour chaque tronçon de rainure, le perçage radial n'est pas nécessairement agencé à une extrémité du tronçon. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] REVENDICATIONSAgencement de vilebrequin (11) dans un carter-cylindres tenu par au-moins un palier (14) et chapeau de palier (16) et comportant un coussinet (100) de palier de vilebrequin formé par une demi-bague supérieure (30) et demi-bague inférieure qui sont semi-cylindriques creuses complémentaires, ladite demi-bague supérieure (30) comporte dans sa paroi concave tournée vers le vilebrequin deux tronçons de rainure circulaire (42-1 et 42-2) dans le prolongement angulaire l'un de l'autre, chacun desdits tronçon s'étend depuis une extrémité (38-1,38-2) de la bague semi-cylindrique supérieure (30) et seulement le long d'une portion angulaire de la paroi concave interne (34), comporte un perçage radial (46-1,46-2) associé qui communique avec la rainure circulaire et est destiné à être connecté avec un conduit de distribution (28) d'huile creusé dans le vilebrequin entre un maneton (18) et un tourillon (12), Caractérisé en ce que les deux tronçons (42-1 et 42-2) sont séparés l'un de l'autre d'un arc de cercle d'une longueur de corde au moins égale au diamètre du conduit de distribution (28). Agencement de vilebrequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux tronçons (42-1 et 42-2) sont symétriques par rapport à un plan médian axial. Agencement de vilebrequin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque tronçon de rainure angulaire (42-1 et 42-2) comprend une ouverture radiale (46-1.46-2) connectée avec un conduit d'amenée de fluide. Système de lubrification d'un vilebrequin de moteur de véhicule automobile qui comporte : - un vilebrequin (11) comportant au moins un tourillon (12) de guidage en rotation et un maneton (18) connecté l'un à l'autre par un conduit de distribution (28) ; - un coussinet (100) qui est interposé radialement entre le tourillon (12) et un palier fixe (14) du moteur comportant un conduit d'arrivée d'huile, caractérisé en ce que le coussinet (100) est. réalisé selon les revendications 1 à 3. Moteur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il est équipé d'un système de lubrification selon la revendication 4.