Brevet FR3132658A1 — publié le 20230818

Outil de calage angulaire d’un arbre à cames (2) de moteur thermique présentant une face plate tangentielle sur un côté, caractérisé en ce qu’il comporte une platine (10) disposant de fixations sur le moteur (12) et d’un guidage disposé suivant un axe principal (A), comporte une butée de calage (14) présentant des formes complémentaires de guidage s’ajustant dans le guidage de la platine, et présentant suivant une direction avant (AV) de l’axe principal (A) tournée vers l’arbre à cames (2) une face perpendiculaire d’extrémité avant d’appui sur la face plate, et comporte un dispositif de serrage axial (16) prenant appui sur la platine (10) pour serrer la butée de calage (14) dans la direction avant. Figure 1 OUTIL DE CALAGE ANGULAIRE D’UN ARBRE A CAMES D’UN MOTEUR THERMIQUE La présente invention concerne un outil de calage angulaire d’un arbre à cames d’un moteur thermique, ainsi qu’un procédé de mise en œuvre d’un tel outil de calage. Les moteurs thermiques comportent généralement un ou deux arbres à cames supportant différentes cames actionnant chacune une soupape d’admission ou d’échappement, qui sont synchronisés avec la rotation du vilebrequin pour obtenir une levée des soupapes en phase avec les mouvements des pistons afin d’obtenir le meilleur rendement ainsi qu’une dépollution optimisée. Les arbres à cames sont disposés au-dessus de la culasse, généralement dans un carter supérieur fixé sur cette culasse, afin de presser directement sur l’extrémité des tiges des soupapes qui se trouvent en dessous. L’entraînement des arbres à cames se fait par une chaîne ou une courroie crantée, un pignon ou une poulie étant fixé sur l’extrémité de chaque arbre pour recevoir l’entraînement venant du vilebrequin. Sur certains moteurs il est nécessaire de réaliser un calage angulaire précis de chaque arbre à cames afin de positionner son pignon ou sa poulie suivant un angle défini, et un blocage de cet arbre pour serrer des vis de fixation de cet élément d’entraînement sur l’arbre En particulier les moteurs utilisant un cycle de Miller, qui augmente la phase de détente en améliorant les rendements, nécessitent une plus grande précision de calage des arbres à cames afin d’obtenir l’efficacité souhaitée. Pour réaliser un calage angulaire d’un arbre à cames, un dispositif connu, présenté notamment par le document US-A1-2006213045, comporte une tige cylindrique qui est descendue dans une ouverture de la culasse du moteur, pour s’aligner contre une face plate tangentielle formée sur un côté de l’arbre à cames. L’extrémité inférieure de la tige s’ajuste ensuite dans un perçage de la culasse sous l’arbre à cames, pour positionner et maintenir cette tige sur la face plate. Lors de la mise en place le glissement de la tige le long de la face plate de l’arbre à cames nécessite un positionnement angulaire préalable précis de cet arbre afin de laisser libre l’espace nécessaire pour descendre la tige, et permettre ensuite à son extrémité d’atteindre le perçage. Ce positionnement précis constitue une opération qui nécessite un temps. Par ailleurs après la mise en position de la tige il reste un jeu fonctionnel entre la face plate de l’arbre et cette tige, nécessaire pour permettre la descente de la tige, qui ajoute une petite imprécision dans le positionnement angulaire de cet arbre. De plus les différents usinages de l’arbre à cames et du carter le supportant, peuvent présenter des dispersions de fabrication qui augmentent les jeux et ajoutent des imprécisions de calage angulaire. On obtient alors un fonctionnement du moteur thermique qui n’est pas optimisé. Un autre dispositif connu comporte deux faces plates sur l’arbre à came, et une fourchette comprenant deux bras qui s’ajustent chacun entre une face plate et une face en regard formée sur la culasse. De la même manière il faut un temps pour positionner d’abord précisément l’arbre à cames, et on obtient aussi des jeux sur les côtés des bras. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur. Elle propose à cet effet un outil de calage angulaire d’un arbre à cames de moteur thermique présentant une face plate tangentielle sur un côté, remarquable en ce qu’il comporte une platine disposant de fixations sur le moteur et d’un guidage disposé suivant un axe principal, comporte une butée de calage présentant des formes complémentaires de guidage s’ajustant dans le guidage de la platine, et présentant suivant une direction avant de l’axe principal tournée vers l’arbre à cames une face perpendiculaire d’extrémité avant d’appui sur la face plate, et comporte un dispositif de serrage axial prenant appui sur la platine pour serrer la butée de calage dans la direction avant. Un avantage de cet outil de calage est qu’il permet de manière simple après avoir fixé la platine sur le moteur au-dessus de l’arbre à cames, présentant sa face plate globalement tournée vers cette platine, de disposer la butée de calage dans le guidage de la platine en mettant en appui sa face perpendiculaire avant sur cette face plate. On obtient ensuite en serrant axialement le dispositif de serrage une pression de la face avant de la butée de calage sur la face plate de l’arbre à cames pour, si nécessaire, appliquer un couple sur cet arbre qui ajuste sa rotation en mettant la face plate parallèlement à la face avant. On évite aussi un positionnement angulaire préalable précis de l’arbre à cames. Puis en terminant le serrage du dispositif de serrage on bloque complètement la rotation de l’arbre après avoir rattrapé tous les jeux, dans une position angulaire de référence. On peut alors positionner précisément un pignon ou une poulie sur l’arbre, et appliquer un couple de serrage de vis de fixation de cet élément sans risquer de rotation de l’arbre. L’outil de calage angulaire selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, les fixations de la platine sur le moteur comportent des perçages de réception de vis de fixations sur le moteur, l’axe principal étant perpendiculaire au plan de cette platine. Avantageusement, le guidage de la platine comporte deux colonnettes parallèles à l’axe principal. Dans ce cas, avantageusement les formes complémentaires de guidage de la butée de calage comportent un perçage s’ajustant sur une première colonnette, et une rainure présentant des faces parallèles au plan passant par l’axe des deux colonnettes, recevant entre elles de manière ajustée l’autre colonnette. Avantageusement, le dispositif de serrage axial comporte une vis axiale de serrage qui s’engage dans un perçage de la butée de calage, et se visse dans un perçage taraudé de la platine en pressant vers l’avant sur cette butée. Dans ce cas, la vis de serrage peut comporter un levier transversal de serrage manuel. Avantageusement, la vis de serrage comporte un repère visuel angulaire. L’invention a aussi pour objet un procédé de mise en œuvre d’un outil de calage comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu’il comporte une étape d’orientation de la face plate de l’arbre à cames sensiblement perpendiculairement à l’axe principal, une étape de fixation de la platine sur le moteur thermique, puis une étape de serrage de la butée de calage vers l’avant par le dispositif de serrage. Avantageusement, après le serrage complet du dispositif de serrage, ce serrage laisse un jeu d’avance axiale entre la butée de calage et la platine. Avantageusement, après un calage de l’arbre à cames, le dispositif de serrage est desserré suivant une valeur définie par un repère visuel formé sur ce dispositif de serrage. L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : est une vue d'un outil de calage angulaire selon l’invention disposé au-dessus d’un arbre à cames installé dans une culasse ; est une vue de la platine de cet outil ; est une vue de sa butée de calage ; est une vue de son dispositif de serrage axial ; présente la mise en place de la butée de calage sur la platine fixée sur la culasse ; et présente l’opération finale de calage de l’arbre à cames ; Dans l’ensemble du document la direction verticale de l’axe principal (A) est relative à un plan de joint de fixation de la platine disposé par convention dans cette description horizontalement, les qualificatifs supérieur, inférieur, au-dessus et en dessous étant liés à cette direction verticale. Dans le véhicule, le plan de joint peut présenter toutes les orientations autres qu’horizontale. La présente un outil de calage angulaire disposé au-dessus d’un arbre à cames 2 installé dans une culasse d’un moteur thermique comportant un plan de joint supérieur 4 de réception d’un couvercle qui est démonté. L’arbre à cames 2 peut être installé directement dans la culasse, ou dans un carter intermédiaire fixé au-dessus de cette culasse. L’outil de calage comporte une platine 10 présentant des perçages 12 de fixation sur des perçages existants du plan de joint de la culasse 4 pour le serrage du couvercle, une butée de calage 14 coulissant suivant un axe principal A perpendiculaire au plan de joint, vers une direction avant tournée en dessous vers l’arbre à cames, indiquée par la flèche AV, et comporte un dispositif de serrage 16. La présente la platine 10 comportant une plaque d’épaisseur constante 20 disposant sur son contour de deux jeux de perçages de fixation 12. Un premier jeu de perçages 12 est prévu pour recevoir des vis de fixation s’ajustant dans des perçages du plan de joint 4 au-dessus de l’arbre à cames d’admission, l’autre jeu recevant des vis de fixation s’ajustant dans des perçages au-dessus de l’arbre à cames d’échappement. La plaque d’épaisseur constante 20 comporte dans sa partie centrale, entre les perçages de fixation 12, une surépaisseur 22 comportant deux colonnettes parallèles espacées 24, un perçage taraudé 26, et une fente verticale 28 présentant une section transversale oblongue. La présente la butée de calage 14 comportant un bloc horizontal épais 30 disposant d’un côté d’un perçage vertical 32 s’ajustant sur une première colonnette 24, et de l’autre côté d’une rainure verticale 34 présentant des faces parallèles au plan passant par l’axe des deux colonnettes 24, recevant entre elles de manière ajustée l’autre colonnette afin de former un indexage en rotation de ce bloc autour de la première colonnette. De cette manière la distance entre les axes des deux colonnettes 24 n’a pas besoin d’une grande précision, et on ne risque pas de serrage de ce guidage. La butée de calage 14 comporte une barre verticale 36 formée sous le bloc 30, présentant une section transversale oblongue s’ajustant dans la fente verticale 28 de la platine 10 pour coulisser dedans suivant l’axe principal. La barre verticale 36 présente une face avant d’extrémité perpendiculaire à l’axe principal A, qui est plate. La butée de calage 14 comporte sur le côté du bloc 30 un plateau 38 présentant un perçage 40 qui est aligné sur le perçage taraudé 26 de la platine 10. La présente le dispositif de serrage axial 16 comportant une vis verticale de serrage 50 comprenant sur le dessus un manchon étagé 52 présentant une partie inférieure de plus petit diamètre, et une partie supérieure de plus grand diamètre recevant une tige perpendiculaire formant un levier transversal 54. Le levier 54 comporte par rapport à l’axe principal A une dissymétrie avec un côté plus long que l’autre. La présente le procédé de calage d’un arbre à cames réalisé par un opérateur, cet arbre ayant été orienté préalablement pour disposer sa face plate sensiblement horizontalement, tournée vers l’outil de calage. Dans une première étape l’opérateur fixe la platine 10 sur un des deux arbres à cames 2 par des vis de fixation 60 s’ajustant dans un jeu de perçages 12 de cette platine, pour se visser dans des perçages correspondant du plan de joint 4. Dans une étape suivante l’opérateur descend la butée de calage 14 en ajustant la barre verticale 36 dans le perçage oblong 28 de la platine 10, puis les colonnettes 24 dans le perçage 32 et la rainure 34 du bloc 30 de cette butée. En fin de descente de la butée de calage 14, son extrémité avant plate est posé sur la face plate de l’arbre à cames 2, avec éventuellement un petit décalage angulaire entre ces deux faces plates. La présente une étape suivante où l’opérateur a inséré la vis de serrage 50 du dispositif de serrage 16 dans le perçage 40 de la butée de calage, puis dans le perçage taraudé 26 de la platine 10. L’opérateur visse ensuite la vis de serrage 50 en appliquant manuellement un couple sur le levier 54, la face inférieure plate du manchon 52 venant en appui sur le dessus du plateau 38 de la butée de calage 14. Le dispositif de serrage 16 développe une force verticale sur la butée 14, qui génère une pression entre la face d’extrémité avant transversale de sa barre verticale 36 et la face plate de l’arbre à cames 2. On obtient en appliquant une pression suffisamment élevée une petite rotation de l’arbre à cames 2 donnant un ajustement de sa face plate parallèlement à la face d’extrémité avant de la barre 36 maintenue verticalement par ses guidages, qui permet la fin de la descente de la butée 14. En fin de descente de la butée de calage 14, il reste un jeu d’avance axiale J entre la face inférieure de son bloc 30 et la face supérieure de la surépaisseur 22 de la platine 10, qui garantit que toute la force développée par le dispositif de serrage 16 est transmise directement sur l’arbre à cames 2 par la pression sur son côté plat. L’arbre à cames 2 est alors maintenu dans une position angulaire parfaite, indépendamment des jeux ou des dispersions d’usinage, par exemple la hauteur de sa face plate ou son positionnement dans la culasse, la descente libre de la butée de calage 14 ayant rattrapé les jeux et les dispersions. Pour le démontage de l’outil de calage on procède en premier au desserrage du dispositif de serrage axial 16 en dévissant la vis de serrage 50, puis en retirant les vis de fixation 60 qui le maintiennent sur la culasse. Dans ce cas il est possible de desserrer la vis de serrage 50 sur seulement une petite valeur de manière à laisser l’outil préassemblé avec la butée de guidage 14 maintenue sur la platine 10 par le dispositif de serrage 16, en s’assurant toutefois que cette vis est suffisamment desserrée pour lors du montage suivant, permettre un serrage de la platine 20 sur le plan de joint 4 sans que la face d’extrémité avant de la butée ne soit en pression sur l’arbre à cames 2. En particulier le levier dissymétrique 54 du dispositif de serrage 16 forme un repère visuel permettant de visualiser avec son côté long mis dans une position angulaire définie, un desserrage suffisant pour préparer le montage de l’outil sur un autre arbre à cames. L’outil de calage angulaire selon l’invention peut s’appliquer pour la production des moteurs en série dans un atelier d’assemblage, ou lors d’interventions de maintenance ou de réparation sur les véhicules en circulation. En variante l’outil de calage angulaire peut être adapté pour une application automatisée dans le cas de l’assemblage en série du moteur thermique, avec des systèmes robotisés qui accomplissent les différents mouvements. Outil de calage angulaire d’un arbre à cames (2) de moteur thermique présentant une face plate tangentielle sur un côté, caractérisé en ce qu’il comporte une platine (10) disposant de fixations sur le moteur (12) et d’un guidage disposé suivant un axe principal (A), comporte une butée de calage (14) présentant des formes complémentaires de guidage s’ajustant dans le guidage de la platine (10), et présentant suivant une direction avant (AV) de l’axe principal (A) tournée vers l’arbre à cames (2) une face perpendiculaire d’extrémité avant d’appui sur la face plate, et comporte un dispositif de serrage axial (16) prenant appui sur la platine (10) pour serrer la butée de calage (14) dans la direction avant. Outil de calage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fixations de la platine (12) sur le moteur comportent des perçages de réception de vis de fixations sur le moteur (60), l’axe principal (A) étant perpendiculaire au plan de cette platine. Outil de calage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le guidage de la platine comporte deux colonnettes (24) parallèles à l’axe principal (A). Outil de calage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les formes complémentaires de guidage de la butée de calage (14) comportent un perçage (32) s’ajustant sur une première colonnette (24), et une rainure (34) présentant des faces parallèles au plan passant par l’axe des deux colonnettes (24), recevant entre elles de manière ajustée l’autre colonnette (24). Outil de calage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de serrage axial (16) comporte une vis axiale de serrage (50) qui s’engage dans un perçage (40) de la butée de calage (14), et se visse dans un perçage taraudé de la platine (26) en pressant vers l’avant sur cette butée (14). Outil de calage selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vis de serrage (50) comporte un levier transversal de serrage manuel (54). Outil de calage selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la vis de serrage (50) comporte un repère visuel angulaire. Procédé de mise en œuvre d’un outil de calage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte une étape d’orientation de la face plate de l’arbre à cames (2) sensiblement perpendiculairement à l’axe principal (A), une étape de fixation de la platine (10) sur le moteur thermique, puis une étape de serrage de la butée de calage (14) vers l’avant par le dispositif de serrage (16). Procédé de mise en œuvre selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’après le serrage complet du dispositif de serrage (16), ce serrage laisse un jeu d’avance axiale (J) entre la butée de calage (14) et la platine (10). Procédé de mise en œuvre selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu’après un calage de l’arbre à cames (2), le dispositif de serrage (16) est desserré suivant une valeur définie par un repère visuel formé sur ce dispositif de serrage (16).