FR2823279A1 - I.c. engine compensating shaft has counterweight covered by lightweight over-moulded plastic to prevent formation of crankcase oil emulsion - Google Patents
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Abstract
Description
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"Arbre d'équilibrage comportant des blocs d'équilibrage cylindriques réalisés par surmoulage"
La présente invention concerne un arbre d'équilibrage d'un moteur à combustion interne. "Balancing shaft comprising cylindrical balancing blocks produced by overmolding"
The present invention relates to a balancing shaft of an internal combustion engine.
La présente invention concerne plus particulièrement un arbre d'équilibrage d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, du type qui est monté à rotation dans un carter contenant de l'huile et qui est lié en rotation au vilebrequin du moteur, du type qui comprend un arbre principal portant au moins un bloc d'équilibrage constitué d'une partie principale formant contrepoids, qui décale transversalement le centre de gravité de l'arbre d'équilibrage par rapport à son axe de rotation, et d'une partie complémentaire qui complète la partie principale pour conformer le bloc d'équilibrage en un cylindre principal coaxial à l'arbre principal, en vue d'empêcher que le contrepoids ne provoque l'émulsion de l'huile du carter lorsque l'arbre d'équilibrage est entraîné en rotation. The present invention relates more particularly to a balancing shaft of an internal combustion engine of a motor vehicle, of the type which is rotatably mounted in a crankcase containing oil and which is linked in rotation to the crankshaft of the engine, of the type which comprises a main shaft carrying at least one balancing block consisting of a main part forming a counterweight, which transversely shifts the center of gravity of the balancing shaft relative to its axis of rotation, and of a complementary part which completes the main part to conform the balancing block into a main cylinder coaxial with the main shaft, in order to prevent the counterweight from causing the emulsion of oil from the crankcase when the balancing shaft is driven in rotation.
Les moteurs à combustion interne comportent un vilebrequin qui est destiné à transformer la force du piston transmise par la bielle en une force circulaire de façon à produire un couple de rotation qu'il transmet au volant moteur et à l'embrayage. Internal combustion engines include a crankshaft which is intended to transform the force of the piston transmitted by the connecting rod into a circular force so as to produce a torque which it transmits to the flywheel and to the clutch.
Pour ce faire, le vilebrequin comporte des tourillons qui sont alignés longitudinalement et qui lui permettent de reposer sur des paliers du carter du moteur. Le vilebrequin comporte aussi des manetons sur lesquels viennent s'articuler les bielles. To do this, the crankshaft has pins which are aligned longitudinally and which allow it to rest on bearings of the engine casing. The crankshaft also includes crank pins on which the connecting rods are articulated.
Les tourillons et les manetons sont reliés les uns aux autres par des flasques appelés bras de manivelle. The pins and the crank pins are connected to each other by flanges called crank arms.
Les masses qui composent le vilebrequin ne sont pas uniformément réparties autour de son axe de rotation longitudinal
Lorsqu'il est entraîné en rotation autour de son axe longitudinal qui correspond à l'axe des tourillons, le vilebrequin provoque des forces centrifuges et des couples qui sont obliques par rapport à l'axe de rotation longitudinal et qui provoquent des The masses that make up the crankshaft are not uniformly distributed around its longitudinal axis of rotation
When it is rotated about its longitudinal axis which corresponds to the axis of the journals, the crankshaft causes centrifugal forces and torques which are oblique to the longitudinal axis of rotation and which cause
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vibrations importantes du carter. Les vibrations sont préjudi- ciables à la durée de vie, notamment du vilebrequin et du carter du moteur, ainsi qu'au confort des passagers du véhicule. significant crankcase vibrations. The vibrations are detrimental to the service life, in particular of the crankshaft and the crankcase, as well as to the comfort of the passengers of the vehicle.
Pour résoudre ces problèmes, il est connu d'équilibrer le vilebrequin par un dispositif d'équilibrage de façon à éviter la production des couples obliques. To solve these problems, it is known to balance the crankshaft by a balancing device so as to avoid the production of oblique torques.
Pour ce faire, le dispositif d'équilibrage peut comporter un ou plusieurs arbres d'équilibrage montés à rotation autour d'un axe longitudinal dans un carter contenant de l'huile de lubrification. L'arbre d'équilibrage est entraîné en rotation, par exemple par une roue dentée d'entraînement qui engrène avec la
denture d'une roue dentée menante du vilebrequin. La forme de l'arbre d'équilibrage ainsi que la répartition de sa masse par rapport à son axe de rotation longitudinal permettent, lors de sa rotation, de produire des couples qui sont opposés à ceux produits par la rotation du vilebrequin, de façon à minimiser les vibrations du moteur. To do this, the balancing device may include one or more balancing shafts mounted for rotation about a longitudinal axis in a sump containing lubricating oil. The balancing shaft is driven in rotation, for example by a toothed drive wheel which meshes with the
toothing of a driving gear of the crankshaft. The shape of the balancing shaft as well as the distribution of its mass relative to its longitudinal axis of rotation make it possible, during its rotation, to produce torques which are opposite to those produced by the rotation of the crankshaft, so as to minimize engine vibration.
L'arbre d'équilibrage comporte généralement des demi cylindres coaxiaux à l'axe longitudinal de l'arbre d'équilibrage, formant contrepoids, qui sont réalisés par fonderie avec l'arbre. The balancing shaft generally comprises half cylinders coaxial with the longitudinal axis of the balancing shaft, forming a counterweight, which are produced by casting with the shaft.
Lorsque l'arbre d'équilibrage est en rotation, les chocs des contrepoids contre la surface de la nappe d'huile contenue dans le carter provoquent une émulsion de l'huile ce qui est préjudiciable à une bonne lubrification du moteur. When the balancing shaft is in rotation, the shocks of the counterweights against the surface of the oil table contained in the casing cause an emulsion of the oil which is detrimental to good lubrication of the engine.
Pour résoudre ce problème il est connu de réaliser des pièces en matière plastique de forme complémentaire des contrepoids, donc en forme de demi cylindres, qui sont fixées au moyen de vis sur la face axiale sensiblement plane de chaque contrepoids. Chaque bloc d'équilibrage constitué d'un contrepoids et d'une pièce complémentaire a donc une forme cylindrique, ce qui permet d'éviter les remous à la surface de la nappe d'huile, lorsque l'arbre d'équilibrage est entraîné en rotation. To solve this problem, it is known to produce plastic parts of complementary shape to the counterweights, therefore in the form of half cylinders, which are fixed by means of screws on the substantially planar axial face of each counterweight. Each balancing block consisting of a counterweight and a complementary part therefore has a cylindrical shape, which makes it possible to avoid swirls on the surface of the oil layer, when the balancing shaft is driven in rotation.
Cette solution n'est pas totalement satisfaisante. En effet, il reste un résidu d'émulsion dans l'huile qui est dû au mauvais This solution is not entirely satisfactory. Indeed, there remains an emulsion residue in the oil which is due to the bad
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alignement des pièces complémentaires avec les contrepoids associés, en raison notamment des tolérances de fabrication des pièces complémentaires et des contrepoids. alignment of the complementary parts with the associated counterweights, in particular due to the manufacturing tolerances of the complementary parts and the counterweights.
De plus, ce type de solution nécessite la gestion de l'approvisionnement de plusieurs pièces différentes, ce qui est préjudiciable au coût de fabrication des arbres d'équilibrages. In addition, this type of solution requires the management of the supply of several different parts, which is detrimental to the cost of manufacturing balancing shafts.
En vue de remédier à ces inconvénients, l'invention propose un arbre d'équilibrage du type décrit précédemment, caractérisé en ce que la partie complémentaire est réalisée par surmoulage. In order to remedy these drawbacks, the invention provides a balancing shaft of the type described above, characterized in that the complementary part is produced by overmolding.
Grâce à l'invention, les parties complémentaires sont parfaitement alignées avec les contrepoids associés. Les parties complémentaires selon l'invention permettent notamment de compenser les tolérances de fabrication des contrepoids. Thanks to the invention, the complementary parts are perfectly aligned with the associated counterweights. The complementary parts according to the invention make it possible in particular to compensate for the manufacturing tolerances of the counterweights.
De plus, il n'est plus nécessaire d'insérer des vis et des écrous de fixation dans l'arbre d'équilibrage en vue d'assembler les parties complémentaires avec les contrepoids, ce qui diminue le coût de fabrication de l'arbre d'équilibrage. In addition, it is no longer necessary to insert fixing screws and nuts into the balancing shaft in order to assemble the complementary parts with the counterweights, which reduces the cost of manufacturing the shaft d 'balancing.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention - lorsque le contrepoids a globalement la forme d'un secteur angulaire de cylindre, la partie complémentaire recouvre au moins toutes les surfaces axiales périphériques du contrepoids associé, de manière à former un cylindre principal de rayon extérieur supérieur au rayon extérieur du secteur angulaire de cylindre formé par le contrepoids ; - la partie complémentaire recouvre au moins une surface transversale d'extrémité axiale du contrepoids associé ;
- la partie complémentaire est réalisée dans une matière plastique contenant des bulles d'air ; - la partie complémentaire comporte au moins une chambre fermée ; - la partie complémentaire est réalisée par injection et soufflage. According to other characteristics of the invention - when the counterweight has the overall shape of an angular sector of cylinder, the complementary part covers at least all of the peripheral axial surfaces of the associated counterweight, so as to form a main cylinder of external radius greater than the outside radius of the angular cylinder sector formed by the counterweight; the complementary part covers at least one transverse surface of the axial end of the associated counterweight;
- the additional part is made of a plastic material containing air bubbles; - the complementary part includes at least one closed chamber; - the additional part is produced by injection and blowing.
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D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe axiale partielle qui représente un arbre d'équilibrage selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale, selon le plan de coupe 2-2 de la figure 1, qui représente l'arbre d'équilibrage de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en perspective avec arrachement qui représente l'arbre d'équilibrage de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente un arbre d'équilibrage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe transversale, selon le plan de coupe 5-5 de la figure 4, qui représente l'arbre d'équilibrage de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 3 qui représente l'arbre d'équilibrage de la figure 4. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows, for the understanding of which reference will be made to the appended figures among which: - Figure 1 is a view in partial axial section which represents a shaft d balancing according to a first embodiment of the invention; - Figure 2 is a cross-sectional view, along the section plane 2-2 of Figure 1, which shows the balancing shaft of Figure 1; - Figure 3 is a perspective view with cutaway which represents the balancing shaft of Figure 1; - Figure 4 is a view similar to that of Figure 1 which shows a balancing shaft according to a second embodiment of the invention; - Figure 5 is a cross-sectional view, along the cutting plane 5-5 of Figure 4, which shows the balancing shaft of Figure 4; FIG. 6 is a view similar to that of FIG. 3 which represents the balancing shaft of FIG. 4.
On a représenté sur les figures 1 à 3 un premier mode de réalisation d'un arbre d'équilibrage 10 de moteur à combustion interne de véhicule automobile qui est réalisé conformément aux enseignements de l'invention. There is shown in Figures 1 to 3 a first embodiment of a balancing shaft 10 of the internal combustion engine of a motor vehicle which is produced in accordance with the teachings of the invention.
L'arbre d'équilibrage 10 est par exemple monté à rotation autour d'un axe A-A dans un carter (non représenté) contenant de l'huile et il est lié en rotation de manière classique à un vilebrequin (non représenté) du moteur en vue d'équilibrer la rotation de ce vilebrequin. The balancing shaft 10 is for example rotatably mounted about an axis AA in a casing (not shown) containing oil and it is linked in rotation in a conventional manner to a crankshaft (not shown) of the engine in view of balancing the rotation of this crankshaft.
L'arbre d'équilibrage 10 comporte un arbre principal 12 qui porte ici deux blocs d'équilibrage 13, sur deux tronçons distincts T1, T2 représentés sur la figure 1, de même longueur axiale. The balancing shaft 10 comprises a main shaft 12 which here carries two balancing blocks 13, on two separate sections T1, T2 shown in FIG. 1, of the same axial length.
Chaque bloc d'équilibrage 13 est constitué d'une partie principale 14 formant contrepoids et d'une partie complémentaire Each balancing block 13 consists of a main part 14 forming a counterweight and a complementary part
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22 qui complète la partie principale 14 pour conformer le bloc d'équilibrage 13 en un cylindre principal 24 coaxial à l'arbre d'équilibrage 10.
22 which completes the main part 14 to conform the balancing block 13 into a main cylinder 24 coaxial with the balancing shaft 10.
Les contrepoids 14 visent à décaler transversalement le centre de gravité de l'arbre d'équilibrage 10 par rapport à son axe de rotation A-A. The counterweights 14 aim to offset transversely the center of gravity of the balancing shaft 10 relative to its axis of rotation A-A.
Les contrepoids 14 ont ici la forme de demi cylindres, de rayon extérieur R1, qui sont coaxiaux à l'arbre principal 12 et qui sont agencés dans une même portion circonférentielle de l'arbre principal 12, c'est à dire que les deux contrepoids 14 sont alignés axialement. The counterweights 14 have here the form of half cylinders, of external radius R1, which are coaxial with the main shaft 12 and which are arranged in the same circumferential portion of the main shaft 12, that is to say that the two counterweights 14 are aligned axially.
Le rayon extérieur R1 des demi cylindres formés par les contrepoids 14 est supérieur au rayon extérieur de l'arbre principal 12. The outside radius R1 of the half cylinders formed by the counterweights 14 is greater than the outside radius of the main shaft 12.
On note que l'arbre principal 12 comporte ici un évidement 16 dans chaque tronçon T1, T2 portant un contrepoids 14. It will be noted that the main shaft 12 here has a recess 16 in each section T1, T2 carrying a counterweight 14.
Chaque évidement 16 s'étend globalement sur toute la longueur axiale du tronçon associé T1, T2, et dans la portion circonférentielle de l'arbre principal 12 complémentaire de la portion circonférentielle portant le contrepoids associé 14. Each recess 16 extends generally over the entire axial length of the associated section T1, T2, and in the circumferential portion of the main shaft 12 complementary to the circumferential portion carrying the associated counterweight 14.
L'arbre principal 12 délimite, à chacune des extrémités axiales de l'évidement 16, une surface 18,20 incurvée vers l'intérieur de l'évidement 16. The main shaft 12 delimits, at each of the axial ends of the recess 16, a surface 18, 20 curved towards the inside of the recess 16.
Classiquement, les contrepoids 14 sont réalisés d'une seule pièce avec l'arbre principal 12 par fonderie de métal, par exemple un alliage d'acier. Conventionally, the counterweights 14 are made in one piece with the main shaft 12 by metal foundry, for example an alloy of steel.
Conformément aux enseignements de l'invention, la partie complémentaire 22 de chaque bloc d'équilibrage 13 est moulée sur le tronçon associé T1, T2 de l'arbre principal 12. In accordance with the teachings of the invention, the complementary part 22 of each balancing block 13 is molded on the associated section T1, T2 of the main shaft 12.
Chaque partie complémentaire 22 recouvre la totalité des surfaces axiales périphériques du contrepoids associé 14, c'est à dire sa surface axiale cylindrique 26 et sa surface axiale sensiblement plane 28. Le rayon extérieur R2 de chaque cylindre Each complementary part 22 covers all of the peripheral axial surfaces of the associated counterweight 14, that is to say its cylindrical axial surface 26 and its substantially planar axial surface 28. The outer radius R2 of each cylinder
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principal 24 est donc supérieur au rayon extérieur R1 des demi cylindres formés par les contrepoids 14. main 24 is therefore greater than the outside radius R1 of the half cylinders formed by the counterweights 14.
De préférence, la longueur axiale du cylindre principal 24 est égale à la longueur axiale des contrepoids 14. Par conséquent, comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, la partie complémentaire 22 ne recouvre pas les surfaces transversales d'extrémité axiale 30,32 des contrepoids 14. Preferably, the axial length of the main cylinder 24 is equal to the axial length of the counterweights 14. Consequently, as can be seen in FIGS. 2 and 3, the complementary part 22 does not cover the transverse surfaces of the axial end 30 , 32 of the counterweights 14.
La matière constituant les parties complémentaires 22 doit être beaucoup plus légère que la matière constituant les contrepoids 14, de manière à minimiser le contre balourdage , c'est à dire le décalage transversal du centre de gravité de l'arbre d'équilibrage 10 vers son axe A-A. The material constituting the complementary parts 22 must be much lighter than the material constituting the counterweights 14, so as to minimize the counterbalance, that is to say the transverse shift of the center of gravity of the balancing shaft 10 towards its axis AA.
Dans le premier mode de réalisation représenté ici, les parties complémentaires 22 sont réalisées par moulage en injectant une matière plastique dans un moule. Avantageusement, selon une technique connue de plasturgie, on injecte des bulles d'air, ou d'un autre gaz, dans la matière plastique de manière à obtenir une mousse synthétique qui occupe un volume important pour une faible densité de matière. In the first embodiment shown here, the complementary parts 22 are produced by molding by injecting a plastic material into a mold. Advantageously, according to a known plastics technique, air bubbles, or another gas, are injected into the plastic material so as to obtain a synthetic foam which occupies a large volume for a low density of material.
La réalisation des parties complémentaires 22 par moulage autour de chaque contrepoids 14 permet de réaliser des blocs d'équilibrage 13 parfaitement cylindriques. The production of complementary parts 22 by molding around each counterweight 14 makes it possible to produce perfectly cylindrical balancing blocks 13.
Comme les parties complémentaires 22 recouvrent toutes les surfaces axiales périphériques 26,28 des contrepoids 14, celles-ci ne nécessitent pas de traitement de finition tel qu'un usinage, ce qui diminue le coût de fabrication de l'arbre d'équilibrage 10. As the complementary parts 22 cover all the peripheral axial surfaces 26, 28 of the counterweights 14, these do not require a finishing treatment such as machining, which reduces the manufacturing cost of the balancing shaft 10.
Sur les figures 4 à 6 on représenté un deuxième mode de réalisation d'un arbre d'équilibrage 10 conforme aux enseignements de l'invention. FIGS. 4 to 6 show a second embodiment of a balancing shaft 10 in accordance with the teachings of the invention.
Dans ce deuxième mode de réalisation, l'aspect extérieur de l'arbre d'équilibrage 10 est similaire à celui du premier mode de réalisation. Les parties complémentaires 34 sont moulées sur In this second embodiment, the external appearance of the balancing shaft 10 is similar to that of the first embodiment. The complementary parts 34 are molded on
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les contrepoids 14 de manière à former des blocs d'équilibrage 13 cylindriques de rayon extérieur R2. the counterweights 14 so as to form cylindrical balancing blocks 13 of external radius R2.
Le deuxième mode de réalisation se différencie du premier principalement par la structure des parties complémentaires 34 de l'arbre d'équilibrage 10. En effet, chaque partie complémentaire 34 comporte, dans la moitié du cylindre principal 24 qui est complémentaire du contrepoids 14 associé, une chambre fermée 36. The second embodiment differs from the first mainly by the structure of the complementary parts 34 of the balancing shaft 10. In fact, each complementary part 34 comprises, in the half of the main cylinder 24 which is complementary to the associated counterweight 14, a closed room 36.
La chambre 36 a ici globalement la forme d'un demi cylindre dont les parois 38 ont une épaisseur sensiblement constante. The chamber 36 here generally has the shape of a half cylinder whose walls 38 have a substantially constant thickness.
Ces parties complémentaires 34 sont obtenues par une technique connue d'injection et de soufflage, dite injection gaz , qui permet de réaliser une forme creuse en matière plastique. These complementary parts 34 are obtained by a known injection and blowing technique, called gas injection, which makes it possible to produce a hollow form of plastic.
Selon cette technique, on injecte une quantité déterminée de matière plastique à l'intérieur d'un moule, puis on injecte une quantité déterminée de gaz à l'intérieur de la matière plastique, avant son durcissement, de manière à plaquer la matière plastique contre les parois du moule. According to this technique, a determined quantity of plastic is injected inside a mold, then a determined quantity of gas is injected inside the plastic, before it hardens, so as to press the plastic against the walls of the mold.
Chaque partie complémentaire 34 est donc réalisée dans une matière plastique compatible avec cette technique de plasturgie. Each complementary part 34 is therefore made of a plastic material compatible with this plastics processing technique.
Comme dans le premier mode de réalisation, chaque contrepoids 14 comporte une couche de matière plastique sur sa surface cylindrique 26 et sur sa surface plane 28. As in the first embodiment, each counterweight 14 has a layer of plastic material on its cylindrical surface 26 and on its planar surface 28.
Selon une variante de réalisation (non représentée) de l'invention, chaque partie complémentaire 22,34 recouvre les surfaces transversales d'extrémité axiale du contrepoids 14 associé. According to an alternative embodiment (not shown) of the invention, each complementary part 22, 34 covers the transverse surfaces of the axial end of the associated counterweight 14.
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