Brevet FR3143694A1 — publié le 20240621

Système d’arbre comportant un pignon d’entraînement (16) travaillant dans l’huile, réalisé dans un alliage métallique formé par compression d’une poudre métallique puis frittage en température, qui est serré sur un arbre (2) pour réaliser un entraînement de manière synchronisée, le pignon d’entraînement (16) comportant une aimantation permanente. Figure 1. SYSTEME D’ARBRE COMPRENANT UN PIGNON D’ENTRAÎNEMENT EN MÉTAL FRITTÉ SERRÉ SUR UN ARBRE La présente invention concerne un système d’arbre comprenant un pignon d’entraînement en métal fritté serré sur un arbre, un vilebrequin de moteur thermique formant un tel système d’arbre, et un véhicule automobile équipé d’un moteur thermique comportant ce type de vilebrequin. Un type de vilebrequin de moteur thermique connu, présenté notamment par le document FR-A1-2893369, comporte à une extrémité un pignon de distribution prévu pour entraîner par une chaîne travaillant dans l’huile du moteur, un arbre à cames de commande des soupapes disposées dans la culasse de ce moteur. L’extrémité du vilebrequin forme un nez recevant le pignon à chaîne disposé dans un carter fermant le système de distribution, puis un manchon d’étanchéité qui reçoit sur son contour extérieur un joint à lèvre fixé dans le carter. Une vis axiale accessible de l’extérieur, serre successivement une poulie avant prévue pour entraîner par une courroie des accessoires du moteur thermique, le manchon d’étanchéité, puis le pignon à chaîne pour bloquer le tout et le rendre solidaire en rotation du vilebrequin. La rotation de l’arbre à cames devant être synchronisée avec celle du vilebrequin, on prévoit généralement une encoche sur le nez de vilebrequin recevant une clavette ajustée dans une rainure du pignon ou une languette liée à ce pignon, pour fixer son calage angulaire. Le pignon de distribution à chaîne est réalisé par un procédé de frittage de poudres métalliques comportant l’élaboration d’un mélange de poudres de métal et de différents additifs suivant l’alliage métallique que l’on veut obtenir, puis le compactage avec une très forte pression dans un moule suivant une unique direction, afin de lui donner sa forme géométrique finale avec une bonne précision. On réalise ensuite l’opération de frittage avec un cycle thermique comprenant un chauffage à une température inférieure au point de fusion du métal de base, de manière à provoquer la soudure de particules de poudre entre elles et la diffusion des éléments d’alliage par un mécanisme de diffusion à l’état solide. On peut avoir ensuite différentes opérations de finition comme des traitements thermiques, comprenant en particulier une oxydation de surface à la vapeur d’eau, en chauffant la pièce dans un four puis en introduisant de la vapeur d’eau. Ce procédé forme en surface un oxyde de fer dur et adhérent, permettant de refermer des porosités de surface de la pièce, qui résout des problèmes d’usure et d’étanchéité. On peut à la fin sur certaines surfaces nécessitant une géométrie très précise, réaliser des usinages de finition qui donnent cette géométrie. Toutefois on peut obtenir une migration de l’huile présentant une température élevée, supérieure à 90°C, dans le pignon d’entraînement de la distribution par les porosités du métal fritté, qui finit par réduire le coefficient d’adhérence de ce pignon sur le vilebrequin. Par ailleurs on peut avoir pour l’entraînement de la distribution un couple un peu plus élevé, en particulier sur les moteurs neufs qui ne sont pas entièrement rodés. De plus le pignon de distribution peut être relié à un pignon d’entraînement d’accessoires, par exemple serré axialement sur un pignon d’entraînement d’une pompe à huile, qui ajoute un couple résistant. Sur certains moteurs thermiques on peut constater un léger glissement du pignon d’entraînement de la distribution sur le vilebrequin, avec une rupture de la clavette ou de la languette engagée dans une rainure de ce vilebrequin. On obtient des problèmes de désynchronisation de la distribution du moteur thermique qui génère une panne, et peut entraîner en cas de décalage trop important une casse de ce moteur. D’une manière générale ce montage d’un pignon d’entraînement formé en métal fritté, serré sur un arbre pour réaliser une synchronisation, peut se trouver sur d’autres types de machine avec des problèmes similaires de glissement. La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur. Elle propose à cet effet un système d’arbre comportant un pignon d’entraînement travaillant dans l’huile, réalisé dans un alliage métallique formé par compression d’une poudre métallique puis frittage en température, qui est serré sur un arbre pour réaliser un entraînement de manière synchronisée, ce système d’arbre étant remarquable en ce que le pignon d’entraînement comporte une aimantation permanente. Un avantage de ce système d’arbre est que de manière simple, sans changer la géométrie du pignon et avec un alliage métallique similaire permettant de conserver les outils de fabrication de ce pignon, des essais ont montré qu’une aimantation préalable du pignon avant son montage permet d’améliorer le coefficient d’adhésion de ce pignon sur l’arbre. On obtient de manière simple, dans le cas d’une capacité en couple d’entraînement du pignon qui est légèrement insuffisante, la possibilité d’améliorer le couple transmissible. En particulier pour un pignon d’entraînement de la distribution d’un moteur thermique, travaillant dans l’huile de ce moteur, on peut éviter une désynchronisation de cette distribution. Le système d’arbre selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, l’aimantation permanente du pignon d’entraînement présente un magnétisme résiduel supérieur à 1000A/m. En particulier, l’aimantation permanente du pignon d’entraînement peut présenter un magnétisme résiduel supérieur à 1600A/m. Avantageusement, le pignon d’entraînement comporte une trempe réalisée à la vapeur d’eau formant en surface une couche d’oxyde métallique. L’invention a aussi pour objet un vilebrequin de moteur thermique de véhicule automobile, remarquable en ce qu’il comporte un pignon d’entraînement d’une distribution formant un système d’arbre comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier, le pignon d’entraînement de la distribution peut être ajusté sur un moyeu fixé en bout du vilebrequin. De plus, le moyeu peut être fixé sur le vilebrequin par une vis de serrage axial, qui réalise un serrage axial du pignon d’entraînement de la distribution entre ce moyeu et le vilebrequin. L’invention a de plus pour objet un véhicule automobile comportant un moteur thermique équipé d’un vilebrequin comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes. 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 en coupe axiale de l’extrémité d’un vilebrequin recevant un pignon de distribution, formant un système d’arbre selon l’invention ; et est un schéma présentant un procédé de fabrication du pignon de distribution de ce système d’arbre. La présente l’extrémité d’un vilebrequin 2 de moteur thermique tournée vers un côté axial extérieur EXT, disposée suivant un axe principal A, qui comporte un nez comprenant un centrage de vilebrequin 4 formé après une face d’appui transversale 6, ce centrage disposant d’une rainure axiale 8 formant un repère angulaire sur ce vilebrequin. Un sous-ensemble 10 rapporté sur le vilebrequin 2, comporte un moyeu 12 présentant vers l’extérieur une partie cylindrique recevant un joint d’étanchéité 26 fixé dans un carter de distribution 28 du moteur, et une face transversale extérieure équipée de perçages axiaux 14 permettant de recevoir une poulie d’entraînement d’accessoires. Le moyeu 10 comporte vers l’intérieur un pignon d’entraînement de courroie de distribution 16 travaillant dans l’huile, qui est centré sur un centrage de ce moyeu 30, puis un pignon de pompe à huile 18 comportant une denture extérieure à chaîne 20, qui est centré à la fois sur ce centrage de moyeu et sur le centrage de vilebrequin 4. Une vis de serrage axial 22 accessible par l’extérieur, serrée dans un perçage axial 32 du vilebrequin 2, prend appui sur le moyeu 12 pour serrer axialement successivement le pignon de distribution 16 et le pignon de pompe à huile 18 sur la face d’appui transversale 6 du nez de vilebrequin. L’extrémité intérieure du moyeu 12 comporte une languette 24 dépassant de sa face d’extrémité, qui s’ajuste dans la rainure axiale 8 du nez de vilebrequin 2 afin de former un calage angulaire de ce moyeu et du pignon de distribution 16 fixé dessus. La présente un schéma de fabrication du pignon de distribution 16, comprenant dans une première opération la préparation d’un mélange de poudre 40 comportant des poudres métalliques, ainsi que des additifs pour notamment favoriser le fluage des poudres pendant la compression et la fusion lors du frittage. Dans une opération suivante 42 la poudre est disposée dans un moule, puis comprimée suivant un axe principal avec une pression élevée pour obtenir une pièce suffisamment solide présentant les caractéristiques géométriques finales. Dans une opération suivante 44 la pièce est soumise à un cycle de température présentant une température maximum inférieure à la température de fusion du métal principal, qui lui donne une dureté élevée. En option, dans une opération suivante 46 la pièce peut subir différents traitements thermique. On peut réaliser en particulier un traitement à la vapeur d’eau après un chauffage compris entre 400 et 500°C, sous une pression partielle de vapeur d’eau comprise entre 20 et 80 millibars. On obtient une trempe superficielle comprenant une couche d’oxyde métallique à la surface de la pièce, avec des propriétés à cœurs qui ne sont pas affectées par cette trempe. En option dans une opération suivante 48 la pièce peut subir un usinage de précision de surface particulière pour obtenir une géométrie de surface précise. Dans une opération suivante 50 la pièce est magnétisée, pour lui donner une aimantation permanente avant son montage sur le vilebrequin. En particulier le magnétisme résiduel du pignon d’entraînement 16 peut être supérieur à 1000A/m, avantageusement il est supérieur à 1600A/m. Le pignon de distribution 16 est ajusté sans serrage sur le centrage 30 du moyeu 10, puis il est serré axialement avec la vis axiale 22 qui lui donne un serrage axial sur ces deux flancs, ce qui assure son entraînement. Des essais de tests d’endurance ont montré qu’avec ce type de magnétisation on obtient une adhésion plus élevée du pignon d’entraînement 16 sur le moyeu 10, qui lui apporte une capacité maximum de transmission de couple un peu plus importante, pouvant suffire dans certains cas à répondre aux exigences les plus sévères. Système d’arbre comportant un pignon d’entraînement (16) travaillant dans l’huile, réalisé dans un alliage métallique formé par compression d’une poudre métallique puis frittage en température, qui est serré sur un arbre (2) pour réaliser un entraînement de manière synchronisée, caractérisé en ce que le pignon d’entraînement (16) comporte une aimantation permanente. Système d’arbre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’aimantation permanente du pignon d’entraînement (16) présente un magnétisme résiduel supérieur à 1000A/m. Système d’arbre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’aimantation permanente du pignon d’entraînement (16) présente un magnétisme résiduel supérieur à 1600A/m. Système d’arbre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pignon d’entraînement (16) comporte une trempe réalisée à la vapeur d’eau formant en surface une couche d’oxyde métallique. Vilebrequin de moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte un pignon d’entraînement d’une distribution (16) formant un système d’arbre selon l’une quelconque des revendications précédentes. Vilebrequin selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pignon d’entraînement de la distribution (16) est ajusté sur un moyeu (10) fixé en bout du vilebrequin. Vilebrequin selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyeu (10) est fixé sur le vilebrequin (2) par une vis de serrage axial (22), qui réalise un serrage axial du pignon d’entraînement de la distribution (16) entre ce moyeu (10) et le vilebrequin (2). Véhicule automobile comportant un moteur thermique, caractérisé en ce que ce moteur thermique est équipé d’un vilebrequin (2) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7.