Brevet FR3090748A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Culasse comprenant un moyen de posi- tionnement pour un demi-palier inférieur [0001] L'invention a trait à une culasse de moteur à combustion interne comportant un corps de culasse et un couvre-culasse. Particulièrement, l'invention concerne une culasse comprenant un moyen de positionnement pour un demi-palier inférieur lors de l'assemblage dudit demi-palier inférieur à un demi-palier supérieur intégré au couvre-culasse [0002] Avec les récents développements dans le domaine automobile, les moteurs tendent à diminuer en taille soit pour s'adapter à un espace restreint dû au modèle du véhicule, notamment dans la catégorie des véhicules citadins, soit pour libérer dc la place pour d'autres éléments, notamment pour des composants électroniques. Ces derniers sont de plus en plus utilisés pour améliorer la sécurité pendant la conduite ou dans des véhicules autonomes. [0003] La réduction de la taille du moteur oblige les constructeurs à restructurer certains éléments du moteur ou à réorganiser la disposition de certains autres éléments. Des paliers portatifs de l'arbre à cames peuvent être cités comme exemple. [0004] Un palier portatif dc l'arbre à cames comprend un demi-palier inférieur et un demi- palier supérieur assemblés par des vis de fixation. Selon un mode dc réalisation existant, le demi-palier inférieur est intégré à un corps de culasse destiné à être monté sur un carter-cylindre alors que le demi-palier supérieur est intégré à un couvre-culasse coiffant le corps de culasse. [0005] Cependant, avec la diminution de la taille du moteur, un tel agencement du palier pose des problèmes d'accessibilité aux vis de fixation à l'intérieur de la culasse. En effet, dans certains modèles dc moteur à taille réduite, il n'est pas possible d'intégrer les demi-paliers inférieurs au corps dc culasse, car ils recouvrent des trous dc passage pour des vis dc fixation reliant le corps de culasse au carter-cylindre. Ce problème est fréquent pour les paliers qui sont positionnés à l'extrémité de la rangée des paliers. [0006] Pour régler cc problème, une solution proposée est dc réaliser le demi-palier inférieur en tant que pièce séparée de la structure de la culasse. Ce demi-palier est ensuite rapporté au demi-palier supérieur qui reste intégré au couvre-culasse. Un tel palier est encore appelé palier suspendu en raison du fait qu'il suspend au couvre-culasse une fois assemblé. [0007] Les paliers suspendus sont généralement situés aux extrémités de la rangée de paliers. Dans le cas où un palier suspendu est présent à chaque extrémité de la rangée de paliers, la lubrification de ces paliers est effectuée soit par l'arbre à cames soit par 2 une rampe d'alimentation en huile pratiquée dans le couvre-culasse. [0008] Or, certains arbres à cames, notamment les arbres à cames réalisant la distribution variable (« variable valve timing » et/ou « variable valve lift » en anglais) ne sont pas adaptés pour conduire l'huile de lubrification. La rampe d'alimentation en huile réalisée dans le couvre-culasse reste la seule solution. [0009] Toutefois, la rampe d'alimentation en huile complexifie le circuit de lubrification et présente une structure encombrante. [0010] Par conséquent, une des solutions proposées est de supprimer un des deux paliers suspendus situés à l'extrémité. Ainsi, la rangée de paliers ne comporte qu'un seul palier suspendu. La rampe d'alimentation en huile n'est donc plus nécessaire. [0011] Cependant, lorsqu'un seul palier est suspendu dans le couvre-culasse, cela pose une difficulté de montage de l'arbre à cames dans la culasse. En effet, dans une rangée de paliers avec deux paliers suspendus aux extrémités, le montage de l'arbre à cames est réalisé selon les étapes suivantes : - l'arbre à cames est tout d'abord posé sur les demi-paliers supérieurs intégrés au couvre-culasse ; - on vient fixer les demi-paliers inférieurs des paliers suspendus aux demi-paliers supérieurs correspondants ; et - l'ensemble du couvre-culasse et l'arbre à cames est posé sur le corps de la culasse. [0012] Si les mêmes étapes sont effectuées avec la rangée d'un seul palier suspendu, l'arbre à carnes risque de ne pas être correctement maintenu à cause de sa position en porte-à-faux une fois monté dans le couvre-culasse. Il y a donc un risque de détériorer l'arbre à carnes. [0013] Un but de la présente invention est donc de trouver une solution pour monter l'arbre à carnes dans une rangée de paliers avec un seul palier suspendu sans endommager l'arbre à cames. [0014] Pour cela, un premier aspect de l'invention concerne une culasse assemblée de moteur à combustion interne, comprenant : - un corps de culasse destiné à être monté sur un carter-cylindre du moteur ; - un couvre-culasse couvrant ledit corps de culasse; - au moins un palier suspendu comprenant un demi-palier supérieur venu de matière avec le couvre-culasse, et un demi-palier inférieur qui est une pièce séparée et rapportée au demi-palier supérieur. [0015] En outre, le demi-palier supérieur comprend un premier trou de fixation supérieur alors que le demi-palier inférieur comprend un premier trou taraudé inférieur, le premier trou de fixation supérieur et le premier trou taraudé inférieur étant destinés à recevoir une même vis de fixation. [0016] Selon l'invention, le corps de culasse comprend un moyen de positionnement disposé 3 en vis-à-vis du premier trou de fixation supérieur et présentant une partie de guidage apte à entrer dans le premier trou taraudé inférieur. [0017] La solution proposée permet de résoudre le problème du maintien de l'arbre à carnes lorsqu'il est monté dans une rangée de paliers comprenant un seul palier suspendu. [0018] Le moyen de positionnement est situé en vis-à-vis d'un trou de fixation du demi- palier supérieur, ci-après appelé trou supérieur. Ainsi, lorsque le trou taraudé du demi-palier inférieur, ci-après appelé trou taraudé inférieur, reçoit la partie de guidage du moyen de positionnement, le trou taraudé inférieur est aligné avec le trou supérieur, ce qui permet l'engagement d'une vis de fixation dans lesdits trous pour assembler le demi-palier inférieur et le demi-palier supérieur. [0019] En d'autres termes, le moyen de positionnement permet d'obtenir l'alignement du demi-palier inférieur avec le demi-palier supérieur. De plus, le moyen de positionnement tient le demi-palier inférieur en place afin de faciliter l'assemblage. Les demi-paliers ainsi disposés sont prêts à être assemblés l'un avec l'autre par une vis de fixation. [0020] De cette manière, en insérant la vis de fixation dans les trous taraudés inférieur et supérieur, le demi-palier inférieur se rapproche du demi-palier supérieur. [0021] Cette façon de réunir les demi-paliers du palier suspendu peut être réalisée lorsque le couvre-culasse est mis sur le corps de culasse. Ceci signifie que l'arbre à cames, avant la pose du couvre-culasse, doit être déjà mis dans le corps de culasse, par exemple l'arbre à carnes est posé sur des demi-paliers intégrés au corps de culasse. Ainsi, l'arbre à carnes est bien soutenu par ces demi-paliers intégrés. Par ailleurs, après l'assemblage du palier suspendu expliqué dans les paragraphes précédents, l'arbre à carnes est bien mis en place dans une rangée de paliers mixtes comprenant des paliers fixes et un palier suspendu. [0022] Donc, grâce à l'invention, on évite la position en porte-à-faux de l'arbre à carnes pendant son montage dans la culasse [0023] La culasse selon l'invention peut optionnellement comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le corps de culasse comprend un orifice de réception, le moyen de positionnement comprenant un corps cylindrique inséré partiellement dans ledit orifice de réception, la partie restante du corps cylindrique formant la partie de guidage ; il s'agit d'un mode de réalisation simple et peu coûteux du moyen de positionnement; - selon l'alinéa précédent, le diamètre de la partie de guidage est inférieur ou égal au diamètre du premier trou taraudé inférieur ; de cette manière, la partie de guidage peut entrer dans le trou taraudé inférieur et en même temps tenir le demi-palier inférieur en place ; - le moyen de positionnement est fixé de manière solidaire au corps de culasse ; ainsi, on évite donc un risque de détachement du moyen de positionnement du corps de culasse pendant l'assemblage du demi-palier suspendu ; - le demi-palier inférieur comporte un pied dans le prolongement du moyen de positionnement ; - le demi-palier supérieur comprend un organe de centrage présentant un corps cylindrique inséré dans le premier trou de fixation supérieur, ledit organe de centrage étant engagé dans le premier trou taraudé inférieur lorsque le demi-palier inférieur est rapporté au demi-palier supérieur ; ainsi, l'organe de centrage assure un guidage précis des demi-paliers; en effet, la rangée des paliers est usinée avec les demi-paliers suspendus assemblés ; par la suite, les demi-paliers sont démontés pour mettre l'arbre à cames en place et ils sont rassemblés l'un à l'autre ; il est donc nécessaire d'assembler les demi-paliers inférieur et supérieur dans la même position que pendant l'usinage de la rangée de paliers afin d'éviter les défauts d'alignement ou de conccntricité ; - alternativement, le demi-palier inférieur comprend un organe de centrage présentant un corps cylindrique inséré dans le premier trou taraudé inférieur ; - le demi-palier inférieur et le demi palier supérieur comprennent chacun une portion intermédiaire évidée demi-cylindrique, le premier trou taraudé inférieur et le premier trou de fixation supérieur étant disposés d'un premier côté de la portion intermédiaire correspondante ; l'invention utilise de manière astucieuse les trous taraudés présents habituellement sur les demi-paliers comme un moyen de coopération avec le moyen de positionnement, ce qui est le cas du trou taraudé inférieur, et comme un repère, ce qui est le cas du trou taraudé supérieur ; - selon l'alinéa précédent, le demi-palier inférieur et le demi palier supérieur comprennent respectivement un deuxième trou taraudé inférieur et un deuxième trou de fixation supérieur, lesdits deuxièmes trous taraudés étant destinés à recevoir une même vis de fixation, le deuxième trou taraudé inférieur et le deuxième trou de fixation supérieur étant disposées d'un deuxième côté de la portion intermédiaire correspondante ; il s'agit d'une structure conventionnelle d'un demi-palier qui est constitué d'une portion demi-cylindrique et de deux trous taraudés disposés de part et d'autre de ladite portion demi-cylindrique ; cela veut également dire que la solution proposée par l'invention répond au problème technique posé tout en conservant la structure traditionnelle des paliers. [0024] L'invention a également pour objet un procédé de montage d'un arbre à cames d'axe A dans une culasse selon l'invention. La culasse selon l'invention comprend en outre au moins deux paliers fixes alignés avec le palier suspendu dans la direction de l'axe A, chacun des paliers fixes comprenant un demi-palier supérieur venant de matière avec le couvre-culasse et un demi-palier inférieur venant de matière avec le corps de culasse [0025] Selon l'invention, le procédé comprend les étapes de: - positionnement du demi-palier inférieur du palier suspendu dans le corps de culasse en faisant insérer la partie de guidage du moyen de positionnement dans le trou taraudé inférieur dudit demi-palier inférieur ; - pose de l'arbre à cames sur les demi-paliers inférieurs des paliers fixes; - pose du couvre-culasse sur le corps de culasse ; - introduction d'une première vis de fixation et d'une deuxième vis de fixation respectivement dans le premier trou de fixation supérieur et dans le deuxième trou de fixation supérieur; - vissage des première et deuxième vis de fixation dans les premier et deuxième trous taraudés inférieurs de manière à ce qu'au fur et à mesure que les première et deuxième vis de fixation descendent dans les premier et deuxième trous taraudés inférieurs du demi-palier inférieur, ce dernier se déplace en direction de rapprochement du demi-palier supérieur. [0026] Ainsi, le procédé selon l'invention permet de monter l'arbre à cames dans la culasse, précisément dans une rangée de paliers comprenant un palier suspendu, sans risquer de détériorer l'arbre à cames. En effet, l'arbre à cames, pendant l'assemble du palier suspendu, est posé de manière stable sur les demi-paliers inférieurs des paliers fixes. L'arbre à cames n'est donc pas en porte-à-faux comme le procédé de montage de l'état de la technique. [0027] L'invention a pour objet un moteur à combustion interne de véhicule automobile comprenant une culasse assemblée selon l'invention. L'invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un moteur selon l'invention. [0028] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : [0029] [fig.l] représente une vue en perspective d'une culasse réalisée selon un exemple de réalisation de l'invention, ladite culasse comprenant un palier suspendu; [0030] [fig.2] représente une vue de coupe au niveau du palier suspendu de la culasse re- présentée à la figure 1; [0031] [fig.3] représente une vue agrandie d'une zone référencée III sur la figure 2; [0032] [fig.4] représente une vue en perspective du corps de la culasse de la figure 1 et du demi-palier inférieur du palier suspendu; [0033] [fig.5] représente une vue en perspective du corps de la culasse et d'un arbre à cames posé dans dudit corps; [0034] [fig.6] représente une vue de la face avant de la culasse ; [0035] [fig.7] représente une vue agrandie d'une zone référencée VII sur la figure 6. 6 [0036] Les éléments structurellement et fonctionnellement identiques, présents dans plusieurs figures distinctes, sont affectés d'une seule et même référence numérique ou alphanumérique. [0037] Dans la suite de la description, on adoptera une direction verticale représentée par l'axe V, une direction transversale horizontale ou latérale horizontale représentée par l'axe T et une direction longitudinale horizontale représentée par l'axe L. Ces trois axes sont illustrés sur les figures 1 à 6. Les termes « haut », « bas », « supérieur », « inférieur » sont définis par rapport à l'axe vertical V. Les termes « avant », « arrière » sont définis par rapport à l'axe longitudinal L. [0038] En référence à la figure 1, une culasse assemblée 1 comprend un couvre-culasse 2 et un corps de culasse 3. Le couvre-culasse 2 est posé sur le corps de culasse 3. La figure 1 montre une face avant 12 qui est perpendiculaire à la face d'échappement 13 et à la face d'admission (non visible sur la figure 1) de la culasse 1. [0039] A la face avant 12, on voit une portion extrême 41 d'un arbre à cames 4. Ce dernier s'étend selon un axe A parallèle à l'axe longitudinal L. La portion extrême comprend un roulement à billes 42, [0040] La portion extrême 41 de l'arbre à cames est entourée par un palier suspendu 5. Pré- cisément, un demi-palier supérieur 6 du palier suspendu 5 épouse la portion supérieure du roulement 42 tandis qu'un demi-palier inférieur 7 épouse la portion inférieure du roulement 42. [0041] Dans l'exemple illustré, le demi-palier supérieur 6 est venu de matière avec le couvre-culasse 2. Le demi-supérieur inférieur 7 est une pièce distincte de la culasse et destiné à être rapporté au demi-palier supérieur 6. [0042] Sur la figure 2, la structure du palier suspendu 5 est illustrée plus en détails. Le demi- palier supérieur 6 comprend une portion intermédiaire 60 demi-cylindrique évidée, un premier trou de fixation supérieur 61 disposé d'un premier côté de la portion intermédiaire 60, et un deuxième trou de fixation supérieur 62 disposé de l'autre côté de la portion intermédiaire 60. Ici, le premier côté est le côté droit et l'autre côté est le côté gauche sur la figure 2. [0043] De la même manière que le demi-palier supérieur 6, le demi-palier inférieur 7 comprend également une portion intermédiaire 70 en forme d'un demi-cylindre évidé, un premier trou taraudé inférieur 71 et un deuxième trou taraudé inférieur 72 disposés de part et d'autre de la portion intermédiaire 70. [0044] Lorsque le palier suspendu 5 est assemblé, comme illustré sur la figure 2, le demi- palier supérieur 6 et le demi-palier inférieur 7 sont symétriques en miroir par rapport à un plan horizontal contenant l'axe A de l'arbre à cames. [0045] Précisément, le premier trou de fixation supérieur 61 est aligné avec le premier trou taraudé inférieur 71 de façon à ce que lesdits trous puissent être traversés par une 7 première vis de fixation 81. De façon identique, le deuxième trou de fixation supérieur 62 et le deuxième trou taraudé inférieur 72 sont alignés de façon à pouvoir recevoir une même deuxième vis de fixation 82. En d'autres termes, les vis de fixation 81 et 82 permettent de relier le demi-palier supérieur 6 et le demi-palier inférieur 7 ensemble. [0046] Les portions intermédiaires 60 et 70 délimitent une ouverture 80 dont le diamètre correspond au diamètre du roulement 42 de sorte que le roulement 42 soit bien tenu dans l'ouverture 80. [0047] La culasse 1 comprend des organes de centrage 63 et 64 qui sont fixés, ici, respec- tivement au premier trou de fixation supérieur 61 et au deuxième trou de fixation supérieur 62. Lorsque les demi-paliers supérieur 6 et inférieur 7 sont attachés l'un à l'autre, les organes de centrage 63 et 64 sont engagés d'une part dans les trous taraudés supérieurs 61, 62 et d'autre part dans les trous taraudés inférieurs 71, 72. [0048] A titre d'exemple, les organes de centrage 63, 64 peuvent être des douilles de centrage. [0049] La culasse 1 comprend en outre un moyen de positionnement 9 qui est, ici, fixé au corps de culasse 3. [0050] Comme illustré sur la figure 3, le moyen de positionnement 9 comprend un corps cy- lindrique 90. Ce dernier est inséré partiellement dans un orifice de réception 10 pratiqué dans le corps de culasse 3. Le moyen de positionnement 9 comprend ainsi une première portion 91 tenue dans l'orifice de réception 10 et une deuxième portion 92 située en dehors dudit orifice. [0051] Ici, l'orifice de réception 10 est réalisé au niveau d'un bossage 31 du corps de culasse 3. Le moyen de positionnement 9 est agencé de manière à ce que la deuxième portion 92 fasse saillie du bossage 31. La hauteur de la deuxième portion 92 mesurée à partir du bossage 31 est référencée par la lettre « h » sur la figure 3. [0052] Le diamètre d, de la deuxième portion 92 du corps cylindrique creux 90 est inférieur ou égal au diamètre d1 du premier trou taraudé inférieur 71 de sorte que la deuxième portion 92 puisse entrer dans ledit trou taraudé 71 et guider le déplacement du demi-palier inférieur 7 pendant l'assemblage de celui-ci avec le demi-palier supérieur 6. Pour cette raison, la deuxième portion 92 est encore appelée partie de guidage 92. [0053] Comme observé sur la figure 2, le moyen de positionnement 9 est placé, ici, en- dessous et en vis-à-vis du premier trou de fixation supérieur 61 du demi-palier supérieur 6. De cette manière, lorsque la partie de guidage 92 est engagée dans le premier trou taraudé inférieur 71, celui-ci se trouve directement face au premier trou de fixation supérieur 61. Autrement dit, grâce au moyen de positionnement 9, on obtient un alignement entre ces trous taraudés 61 et 71 et également entre les trous taraudés 62 et 72 de l'autre côté. [0054] Ainsi, le demi-palier supérieur 6 et le demi-palier inférieur 7 sont bien alignés, ce qui 8 permet l'insertion de la première vis 81 et de la deuxième vis 82 dans les trous correspondants. Ces vis relient donc les demi-paliers 6 et 7 ensemble pour former le palier suspendu 5 tel qu'illustré sur la figure 2. [0055] Une telle manière d'assembler le palier suspendu 5 permet de monter l'arbre à cames 4 dans la culasse, en particulier dans unc rangée de paliers comprenant un seul palier suspendu, sans risquer de l'abîmer. [0056] Les étapes du procédé de montage de l'arbre à carnes 4 sont illustrées sur les figures 4 à 6 et détaillées ci-après. [0057] Dans une première étape telle qu'illustrée sur la figure 4, le corps de culasse 3 est laissé ouvert permettant l'accès à l'intérieur dudit corps. Le demi-palier inférieur 7 est mis dans le corps de culasse 3 et positionné dans ledit corps grâce au moyen de positionnement 9. Précisément, le demi-palier inférieur 7 est descendu vers le bas, selon la direction indiquée par la flèche FI , de sorte que la partie de guidage 92 soit emmanchée dans le premier trou taraudé inférieur 71. A la fin de l'emmanchement, le demi-palier inférieur 7 est maintenu par rapport au corps de culasse 3 de sorte qu'il soit dans une position stable au moins jusqu'à l'étape d'introduction des vis de fixation. [0058] A la deuxième étape, comme illustré sur la figure 5, l'arbre à cames 4 est posé sur des demi-paliers inférieurs 15 intégrés au corps de culasse 3 du côté d'admission. Ici, les demi-paliers inférieurs 15 intégrés sont au nombre de trois et alignés dans la direction longitudinale L. Les demi-paliers inférieurs intégrés sont aussi présents du côté d'échappement 13. [0059] On entend par « demi-palier intégré » un demi-palier qui est venu de matière avec son contenant, soit le couvre-culasse soit le corps de culasse. Cela signifie que le demi-palier intégré est formé en même temps que le châssis du couvre-culasse ou le châssis du corps de culasse. [0060] L'arbre à cames 4 est ainsi tenu de manière stable par les demi-paliers inférieurs 15 intégrés. [0061] Après la pose de l'arbre à cames 4, la portion intermédiaire 70 du demi-palier inférieur 7 se trouve face au roulement 42 sur la portion extrême 41. Toutefois, ces éléments restent à l'écart pendant la deuxième étape. [0062] Dans l'étape suivante, le couvre-culasse 2 est monté sur le corps de culasse 3 comme illustré sur la figure 6. [0063] Ensuite, les première et deuxième vis de fixation 81 et 82 sont vissées respec- tivement, dans un premier temps, dans le premier trou de fixation supérieur 61 et dans le deuxième trou de fixation supérieur 62. Le sens de vissage, à titre illustratif, est référencé par la lettre « B » sur la figure 6 [0064] Les vis 81 et 82 descendent vers le bas et elles atteignent ainsi respectivement le premier trou taraudé inférieur 71 et le deuxième trou taraudé inférieur 72. Le demi- 9 palier inférieur 7 effectue un déplacement en translation vers le haut au fur et à mesure que les vis 81 et 82 descendent dans les trous taraudés inférieurs 71 et 72. Le sens de déplacement du demi-palier inférieur 7 est illustré par la flèche « F2 ». Le demi-palier inférieur 7 est remonté jusqu'à ce qu'il soit au contact avec le demi-palier supérieur 6. Le palier suspendu 5 est ainsi donc assemblé. [0065] Selon l'invention et dans l'exemple illustré, au cours du déplacement du demi-palier inférieur vers le haut, celui-ci se désengage de la partie de guidage 92 avant de recevoir, au niveau de l'autre extrémité, l'organe de centrage 63 porté par le demi-palier supérieur 6. [0066] Ceci a pour but d'éviter un potentiel problème d'isostatisme. En effet, si le trou taraudé inférieur 71 s'engageait à la fois par le haut avec l'organe de centrage 63 et par le bas avec la partie de guidage 92, le demi-palier inférieur 7 risquerait d'être bloqué au cours du déplacement, à cause des tolérances liées à la fabrication des composants. L'assemblage du palier suspendu 5 serait donc interrompu. [0067] D'un point de vue structurel, un tel déplacement du demi-palier inférieur 7 est possible grâce à un bon dimensionnement du demi-palier inférieur 7, de la partie de guidage 92 ainsi que par la position du demi-palier supérieur 6 par rapport au corps de culasse 3. [0068] Précisément, pour que le demi-palier inférieur 7 se désengage de la partie de guidage 92 avant de recevoir l'organe de centrage 63, il faut que l'équation (1) ci-après soit respectée : [0069] [Math 1]1-1h-Fi+k [0070] avec H : la distance entre l'extrémité inférieure du demi-palier supérieure 6 avec le bossage ; h : la hauteur de la partie de guidage ; i : la hauteur du demi-palier inférieur 7 ; et k : la hauteur de la portion qui est engagée dans le premier trou taraudé inférieur 71 de l'organe de centrage 63. Ces paramètres sont représentés sur la figure 7. [0071] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]