FR3061930A1 - Arbre a cames de moteur thermique - Google Patents

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FR3061930A1
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France
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camshaft
bearing
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hydrodynamic
rotation
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Stephane Vondena
Guillaume Felix
Bernard Carloni
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PSA Automobiles SA
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0476—Camshaft bearings

Abstract

L'arbre à cames de moteur thermique est équipé d'au moins un palier à roulement (10) monté sur une partie de guidage en rotation (16) de l'arbre (1). Conformément à l'invention, l'arbre à cames comprend également au moins un tourillon de palier hydrodynamique (11 1, 112, 113, 114).

Description

Titulaire(s) : PEUGEOT CITROËN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
O Demande(s) d’extension :
® Mandataire(s) : PEUGEOT CITROËN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
® ARBRE A CAMES DE MOTEUR THERMIQUE.
@) L'arbre à cames de moteur thermique est équipé d'au moins un palier à roulement (10) monté sur une partie de guidage en rotation (16) de l'arbre (1 ). Conformément à l'invention, l'arbre à cames comprend également au moins un tourillon de palier hydrodynamique ( 11 -| 112, 113, 114)·
FR 3 061 930 - A1
Figure FR3061930A1_D0001
Figure FR3061930A1_D0002
ARBRE À CAMES DE MOTEUR THERMIQUE [001] L’invention concerne de manière générale le domaine de l’automobile. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un arbre à cames de moteur thermique. L’invention se rapporte également à un ensemble comprenant une culasse, un porte arbre à cames et un arbre à cames, un moteur thermique équipé d’un tel ensemble et un véhicule.
[002] Dans le contexte de la réduction de la pollution et des émissions de CO2, les constructeurs automobiles se doivent de satisfaire aux normes européennes d'émission, dites normes « Euro », qui imposent de fortes baisses des limites acceptables pour les rejets polluants. Une voie d'exploration identifiée par les constructeurs est la réduction de la consommation en carburant des moteurs thermiques en réduisant leurs pertes mécaniques par frottement.
[003] Un moteur thermique comprend différents paliers dans lesquels interviennent des pertes par frottement plus ou moins prononcées selon la vitesse de rotation et la charge du moteur. Ainsi dans les moteurs thermiques, les arbres à cames commandant l’ouverture et la fermeture des soupapes d’admission et d’échappement sont supportés en rotation par différents paliers qui peuvent être le siège de pertes significatives.
[004] Les paliers lisses hydrodynamiques dits également paliers à film fluide sont fréquemment utilisés dans les moteurs thermiques pour le guidage en rotation des arbres à cames. Dans les moteurs actuels avec une architecture dite à arbres à cames en tête, deux arbres à cames sont habituellement logés dans une partie haute de la culasse et commandent le système de soupaperie de celle-ci. Deux portes arbre à cames dans la partie haute de culasse supportent les arbres à cames pour leur guidage en rotation. Selon une configuration de montage usuelle, les portes arbre à cames comprennent des paliers hydrodynamiques formés chacun d’une base de palier fixe et d’un chapeau de palier rapporté. Les bases de palier sont comprises dans le corps de la culasse en aluminium. Les chapeaux de palier sont aussi en aluminium et se vissent sur les bases de palier pour fermer les paliers sur des tourillons de palier hydrodynamique correspondants des arbres à cames qui typiquement sont en acier forgé.
[005] Dans un palier hydrodynamique, un film d’huile sous haute pression est créé entre la surface du tourillon de palier hydrodynamique et celle du palier afin d’obtenir un régime hydrodynamique minimisant les frottements. Cependant, le régime hydrodynamique ne peut pas être obtenu en permanence et des pertes par frottement plus importantes interviennent en fonction du niveau de chargement du palier.
[006] Dans EP1995417B1, il est proposé de remplacer l’ensemble des paliers hydrodynamiques utilisés pour le guidage en rotation de l’arbre à cames par des paliers à roulement. Des roulements à billes ou à rouleaux sont montés sur l’arbre à cames qui est assemblé par frettage. Un roulement à billes avec une rainure dans sa bague externe et un pion s’engageant dans la rainure sont utilisés pour l’arrêt axial de l’arbre à cames. La solution proposée par EP1995417B1 autorise une réduction des pertes par frottement du fait de l’utilisation de paliers à roulement, mais apparaît comme coûteuse et non optimale.
[007] Il est souhaitable d’apporter une solution de montage des arbres à cames sur un moteur thermique qui tire profit de la réduction des pertes par frottement qu’autorisent les paliers à roulement, et cela avec un impact minimum sur les coûts.
[008] Selon un premier aspect, l’invention concerne un arbre à cames de moteur thermique équipé d’au moins un palier à roulement monté sur une partie de guidage en rotation de l’arbre. Conformément à l’invention, l’arbre à cames comprend également au moins un tourillon de palier hydrodynamique.
[009] Selon une forme de réalisation particulière, l’arbre à cames comprend un seul palier à roulement, le palier à roulement étant monté sur la partie de guidage en rotation subissant les efforts mécaniques les plus importants.
[0010] Selon une autre forme de réalisation particulière, le palier à roulement est un roulement à billes.
[0011 ] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, le palier à roulement est un roulement à rouleaux.
[0012] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, le palier à roulement est un roulement à aiguilles.
[0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, l’arbre à cames comprend également une roue d’entrainement en rotation. Selon une forme de réalisation particulière, la roue d’entrainement en rotation est une roue dentée.
[0014] On notera que l'invention permet de limiter les pertes mécaniques par frottement liées au guidage en rotation de l'arbre à cames en remplaçant uniquement le ou les paliers hydrodynamiques les plus chargés par un ou des paliers à roulement. En prévoyant un remplacement uniquement des paliers absorbant les efforts les plus importants, il est possible d’obtenir à un moindre coût une réduction conséquente des pertes mécaniques par frottement.
[0015] De plus, du fait qu’un palier à roulement demande un débit d'huile moins important qu'un palier hydrodynamique, en sus de la réduction de consommation obtenue par la réduction des pertes par frottement, il est obtenu également un gain sur la fonction de génération de pression d'huile par une diminution de la cylindrée de la pompe à huile.
[0016] Selon un autre aspect, l’invention concerne également un ensemble comprenant une culasse de moteur thermique, un porte arbre à cames et un arbre à cames monté dans le porte arbre à cames. Conformément à l’invention, l’arbre à cames est tel que décrit brièvement ci-dessus et le porte arbre à cames comprend des moyens d’amenée d’huile sous pression.
[0017] L’invention concerne également un moteur thermique comprenant l’ensemble mentionné ci-dessus, et un véhicule automobile.
[0018] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la Fig.1 est vue de dessus tronquée, en perspective, d’un montage d’un arbre à cames selon l’invention dans une partie haute d’une culasse de moteur thermique ;
la Fig.2 est une vue plane d’un arbre à cames équipé d’un palier à roulement conformément à l’invention ; et la Fig.3 est une vue en coupe partielle montrant le montage sur roulement à billes de l’arbre à cames.
[0019] Dans la forme de réalisation particulière montrée à la Fig.1, l’arbre à cames 1 est monté en partie haute d’une culasse 2 d’un moteur thermique. Le moteur thermique est ici un moteur thermique à quatre cylindres, avec deux soupapes d’admission et deux soupapes d’échappement par cylindre. L’arbre à cames 1 comprend donc un total de huit cames regroupées en quatre paires VL et V12, V2t et V22, V3i et V32 et V4t et V42 correspondant aux quatre cylindres du moteur. Les cames d’une même paire sont situées côte-à-côte et commandent une paire de soupapes correspondantes d’un même cylindre.
[0020] L’arbre à cames 1 est monté pour son guidage en rotation sur quatre paliers hydrodynamiques 20i à 204 et un roulement à billes 10. Bien entendu, l’invention ne se limite pas à l’intégration d’un seul palier à roulement.
[0021] Dans d’autres formes de réalisation, le roulement à billes pourra être remplacé par un roulement à rouleaux ou un roulement à aiguilles.
[0022] Les paliers hydrodynamiques 204 à 204 comprennent ici des chapeaux de palier 21 ! à 214 qui sont vissés respectivement sur des bases correspondantes (non apparentes) formées dans le corps de la culasse en aluminium. Des tourillons de palier hydrodynamique 1L à 114 de l’arbre à cames 1, montrés à la Fig.2, sont guidés en rotation dans les paliers hydrodynamiques 20i à 204, respectivement.
[0023] Le palier hydrodynamique 20t est placé entre les paires de cames VL, V12 et V21; V22. Le palier hydrodynamique 202 est placé entre les paires de cames V21; V22 et V3i, V32. Le palier hydrodynamique 203 est placé entre les paires de cames V3i, V32 et V4n V42. Le palier hydrodynamique 204 est placé en bout d’arbre, adjacent à une première extrémité 12 de l’arbre à cames 1.
[0024] Le roulement à billes 10 est monté adjacent à une deuxième extrémité 13 de l’arbre à cames 1, à l’opposé de sa première extrémité 12, dans une partie de guidage en rotation 16 de celui-ci montrée à la Fig.3.
[0025] Comme montré à la Fig.3, une bague interne 100 du roulement à billes 10 est insérée dans la partie de guidage en rotation 16 de l’arbre à cames 1. Une bague externe 101 du roulement à billes 10 est insérée dans un alésage 22 du porte arbre à cames 3.
[0026] Selon l’application, la bague interne 100 est rendue solidaire en rotation de la partie 16 par des moyens connus tels que par exemple avec une clavette ou un montage à force. La bague externe 101 pourra par exemple être immobilisée en rotation dans l’alésage 22 à l’aide d’une clavette.
[0027] Comme cela apparaît également à la Fig.3, le porte arbre à cames 3 comprend un conduit 30 d’amenée d’huile sous pression pour la lubrification du roulement à billes 10.
[0028] Dans cette forme de réalisation particulière, une roue dentée d’entrainement en rotation 14, montrée à la Fig.2, équipe également l’arbre à came 1. Dans le moteur thermique, la roue dentée 14 est couplée au vilebrequin par une chaîne de distribution 15, montrée à la Fig.1, qui entraîne en rotation la roue 14 et l’arbre à cames 1. Bien entendu, 5 dans d’autres applications, la roue dentée et la chaîne pourront être remplacées par une roue crantée et une courroie crantée de distribution.
[0029] L’arrêt axial de l’arbre à cames 1 dans le porte arbre à cames 3 est ici réalisé par l’intermédiaire d’un palier glissant 140 (cf. Fig.2) sous la forme des flancs de la roue dentée 14 en appui direct sur des parois de la culasse 2.
[0030] L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Arbre à cames de moteur thermique équipé d’au moins un palier à roulement (10) monté sur une partie de guidage en rotation (16) de l’arbre (1), caractérisé en ce qu’il comprend également au moins un tourillon de palier hydrodynamique (1115 112, 113, 114).
  2. 2. Arbre à cames équipé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un seul palier à roulement (10), ledit palier à roulement étant monté sur la partie de guidage en rotation (16) subissant les efforts mécaniques les plus importants.
  3. 3.
    Arbre à cames équipé selon la revendication 1 ou palier à roulement (10) est un roulement à billes.
    2, caractérisé en ce que ledit
  4. 4.
    Arbre à cames équipé selon la revendication 1 ou palier à roulement (10) est un roulement à rouleaux.
    2, caractérisé en ce que ledit
  5. 5.
    Arbre à cames équipé selon la revendication 1 ou palier à roulement (10) est un roulement à aiguilles.
    2, caractérisé en ce que ledit
  6. 6. Arbre à cames équipé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend également une roue d’entrainement en rotation (14).
  7. 7. Arbre à cames équipé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite roue d’entrainement en rotation (14) est une roue dentée.
  8. 8. Ensemble comprenant une culasse de moteur thermique, un porte arbre à cames et un arbre à cames monté dans ledit porte arbre à cames, caractérisé en ce que ledit arbre à cames est un arbre à cames (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 et ledit porte arbre à cames (3) comprend des moyens d’amenée d’huile sous pression (30).
  9. 9. Moteur thermique caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble (2) selon la revendication 8.
  10. 10. Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un moteur thermique selon la revendication 9.
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