FR3077611A1 - Ensemble moteur comportant un sous-ensemble fixe, un equipage tournant et un ou plusieurs joints dynamiques - Google Patents
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Abstract
Un ensemble moteur comporte un sous-ensemble fixe comportant une paroi (24) d'un carter de moteur, et un équipage tournant, guidé en rotation autour d'un axe de révolution (100) défini par le sous-ensemble fixe et traversant une ouverture de la paroi (24) du carter de moteur. L'équipage tournant (10) comporte une portion d'extrémité (18) de vilebrequin (12) traversant l'ouverture de la paroi (24) du carter de moteur et formant au moins une portée radiale (34) tournée radialement vers l'extérieur et un épaulement (28) sur lequel débouchent des trous filetés (26), un volant d'inertie (16) comportant des alésages (50) parallèles à l'axe de révolution (100), et une bague de guidage tournante (32) pour guider en rotation la portion d'extrémité (18) de vilebrequin (12). La bague de guidage tournante (32) est positionnée au moins partiellement dans l'ouverture de la paroi (24) du carter de moteur, sur la portée radiale (34), et présente une première portée d'extrémité (33) en appui axial sur l'épaulement (28) et une deuxième portée d'extrémité (49) opposée tournée vers le volant d'inertie (16). La bague de guidage tournante (32) comporte des alésages (44) situés dans le prolongement des trous filetés (26) du vilebrequin (12) et des alésages (50) du volant d'inertie (16). Des vis de fixation (52) traversent les alésages (50) du volant d'inertie (16) et les alésages (44) de la bague de guidage tournante (32), et sont vissées dans les trous filetés (26) de la portion d'extrémité (18) de vilebrequin (12), rendant le volant d'inertie (16) solidaire de la portion d'extrémité (18) de vilebrequin (12). L'ensemble moteur comporte en outre un ensemble d'un ou plusieurs joints dynamiques annulaires (47, 147, 247, 347, 447, 547, 672, 772, 872) disposés entre l'équipage tournant et le sous-ensemble fixe, situés radialement à l'extérieur des vis de fixation (52) et entourant les vis de fixation (52) et l'axe de révolution (100).
Description
ENSEMBLE MOTEUR COMPORTANT UN SOUS-ENSEMBLE FIXE, UN ÉQUIPAGE TOURNANT ET UN OU PLUSIEURS JOINTS DYNAMIQUES
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [0001] L’ invention se rapporte à un assemblage coaxial entre un volant d’inertie et un vilebrequin, intégrant un palier de guidage.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [0002] L’évolution récente des moteurs à combustion interne à faible consommation vers des régimes moteurs à faible vitesse de rotation et couple moteur élevé, avec des fonctionnements intermittents en mode arrêt/démarrage, induisant une tension importante sur la courroie d’entraînement des accessoires, et des interruptions de la pompe à huile, sollicite fortement les paliers lisses, notamment au démarrage et durant les périodes transitoires à froid. Il peut ainsi être avantageux de remplacer certains des paliers lisses du vilebrequin, notamment le palier à coussinet en deux parties à l’extrémité du vilebrequin portant le volant d’inertie, par des paliers à roulement, plus performants à froid.
[0003] Dans le document W02017013359 est proposé un assemblage comprenant une portion d’extrémité de vilebrequin définissant un axe de révolution formant au moins une portée tournée radialement vers l’extérieur et un épaulement sur lequel débouchent des trous filetés, un volant d’inertie comportant des alésages, un palier de guidage du vilebrequin par rapport à un carter moteur, en rotation autour de l’axe de révolution, et des vis de fixation. Le palier de guidage comporte au moins une bague de guidage monobloc positionnée sur la portée radiale et présentant une première portée d’extrémité en appui axial sur l’épaulement et une deuxième portée d’extrémité opposée tournée vers le volant d’inertie, la bague de guidage monobloc comportant des alésages alignés avec les trous filetés du vilebrequin et les alésages du volant d’inertie. La fixation du volant d’inertie à la portion d’extrémité du vilebrequin est réalisée par les vis de fixation qui traversent les alésages du volant d’inertie et de la bague de guidage monobloc et viennent se visser dans les trous filetés de l’épaulement de la portion d’extrémité du vilebrequin.
[0004] L' assemblage ainsi défini permet le montage d'une bague de guidage, qui peut être un coussinet annulaire monobloc de palier lisse, une bague intérieure de roulement ou une bague mixte d’un palier comportant par ailleurs une bague extérieure fixée au carter moteur. En disposant les alésages sur la bague intérieure de guidage, on peut prévoir des vis de fixation en nombre suffisant pour réaliser la pression de contact souhaitée entre la bague de guidage et le vilebrequin, et entre le volant d’inertie et la bague de guidage. L’étanchéité d’un tel assemblage nécessite toutefois des dispositions spécifiques.
[0005] Dans un contexte différent, on connaît par le document DE3725493 un assemblage comportant un vilebrequin guidé en rotation par un palier à roulement positionné dans une ouverture d’une paroi du carter de moteur, entre les manivelles du vilebrequin et une pompe à huile. La bague intérieure du palier à roulement est frettée sur une portée cylindrique du vilebrequin, en appui axial contre un épaulement du vilebrequin. La bague extérieure du palier à roulement est frettée dans l’ouverture de la paroi du carter moteur. La pompe à huile a son rotor fretté à l’extrémité saillante du vilebrequin. Un joint dynamique à lèvre est fixé sur le carter de moteur, en contact frottant contre un siège de joint cylindrique formé par la portée cylindrique du vilebrequin.
EXPOSÉ DE L'INVENTION [0006] L’ invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique et à proposer un assemblage du type général précédent, dont l’étanchéité est plus performante.
[0007] Pour ce faire est proposé, suivant un premier aspect de l’invention, un assemblage comprenant :
une portion d'extrémité de vilebrequin définissant un axe de révolution, formant au moins une portée radiale tournée radialement vers l'extérieur et un épaulement sur lequel débouchent des trous filetés ;
un volant d’inertie comportant des alésages parallèles à l’axe de révolution ;
un palier de guidage en rotation de la portion d’extrémité de vilebrequin autour de l'axe de révolution par rapport à un carter moteur, le palier de guidage comportant au moins une bague de guidage positionnée sur la portée radiale et présentant une première portée d’extrémité en appui axial sur l’épaulement, et une deuxième portée d’extrémité opposée tournée vers le volant d’inertie, la bague de guidage comportant des alésages situés dans le prolongement des trous filetés du vilebrequin et des alésages du volant d'inertie ;
des vis de fixation traversant les alésages du volant d'inertie et les alésages de la bague de guidage, et vissées dans les trous filetés de la portion d'extrémité de vilebrequin, rendant le volant d'inertie solidaire de la portion d'extrémité de vilebrequin ; et un ensemble d’un ou plusieurs joints d’étanchéité statiques annulaires centrés sur l’axe de révolution et disposés entre la bague de guidage et la portion d’extrémité de vilebrequin.
[0008] Les joints d’étanchéité sont positionnés entre des pièces qui ne tournent pas les unes par rapport aux autres et permettent de prévenir les risques de fuite entre la bague de guidage et la portion d’extrémité du vilebrequin et/ou au travers des alésages de la bague de guidage.
[0009] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble d’un ou plusieurs joints d’étanchéité statiques comporte au moins un joint axial extérieur pincé entre la première portée d’extrémité et l’épaulement, dont au moins une portion extérieur annulaire s’étend radialement à l’extérieur des vis de fixation. Ce cas est particulièrement avantageux car le joint axial extérieur assure non seulement l’étanchéité entre la bague de guidage et l’épaulement, mais également autour des alésages de la bague de guidage.
[0010] Suivant un mode de réalisation, le joint axial extérieur a une symétrie de révolution continue. Le montage est alors particulièrement simple puisqu’aucune indexation angulaire du joint n’est nécessaire lors de son montage sur la bague de guidage ou l’épaulement. Mais ce mode de réalisation restreint la liberté de conception de la forme de la portion d’extrémité du vilebrequin, puisqu’il est nécessaire d’assurer un contact circulaire complet entre l’épaulement et le joint, sur un diamètre relativement important.
[0011] Suivant un autre mode de réalisation, le joint radial extérieur présente un rebord radial intérieur tourné vers l’axe de révolution, le rebord radial intérieur étant tel que dans au moins un plan axial de section ne coupant aucun des alésages de la bague de guidage et situé entre deux alésages adjacents parmi les alésages de la bague de guidage, le joint radial extérieur s’étend radialement vers l’axe de révolution entre les deux alésages adjacents. On dispose alors de- davantage de liberté de conception pour définir le pourtour extérieur de la portion d’extrémité du vilebrequin. Le cas échéant, le joint axial extérieur peut présenter une symétrie de révolution d’ordre N, N étant le nombre d’alésages de la bague intérieure, ce qui facilite le montage. De préférence, le rebord radial intérieur du joint axial extérieur présente, dans un plan perpendiculaire à l’axe de révolution, une forme ondulée.
[0012] Suivant un mode de réalisation, le joint axial extérieur comporte une armature annulaire sertie ou frettée sur la bague de guidage.
[0013] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble d’un ou plusieurs joints d’étanchéité statiques comporte au moins un joint axial intérieur pincé entre la première portée d’extrémité et l’épaulement, radialement à l’intérieur des vis de fixation. Un tel joint permet de prévenir les fuites passant par l’interface entre la portée annulaire et la bague intérieure.
[0014] Suivant un mode de réalisation l’ensemble d’un ou plusieurs joints d’étanchéité statiques comporte au moins un joint radial pincé entre la bague de guidage et la portée radial.
[0015] Le ou les joints d’étanchéité statiques peuvent être notamment en une ou plusieurs des matières suivantes : matières élastomères, matières plastiques, matières métalliques.
[0016] Suivant un mode de réalisation l’ensemble d’un ou plusieurs joints d’étanchéité statiques comporte au moins un joint torique, qui peut notamment être un joint axial extérieur ou intérieur, pincé entre la première portée d’extrémité et l’épaulement, radialement à l’intérieur ou à l’extérieur des trous filetés, ou joint radial pincé entre la bague de guidage et la portée radiale. Le joint torique peut avantageusement être positionné dans une gorge formée sur la portion d’extrémité du vilebrequin ou sur la bague de guidage. D’autres formes de joints peuvent être envisagées, notamment des joints quadrilobes, en forme de plaques ou de fil.
[0017] Suivant un mode de réalisation, chacune des vis est entourée par un joint torique individuel pincé entre la première portée d’extrémité et l’épaulement. Les joints toriques individuels préviennent les fuites au travers des alésages de la bague de guidage. En combinant ces joints toriques individuels avec un joint intérieur centré sur l’axe de révolution, on peut se passer d’un joint axial extérieur, ce qui donne davantage de liberté de conception pour la forme extérieure de la portion d’extrémité du vilebrequin.
[0018] Suivant un mode de réalisation la bague de guidage est une bague intérieure de guidage sur laquelle est formé au moins un chemin de guidage tourné radialement vers l'extérieur. De préférence, le palier de guidage comporte en outre au moins une bague extérieure de guidage sur laquelle est formé au moins un chemin de guidage tourné radialement vers l’intérieur. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, le palier est un palier à roulement, les chemins de guidage étant des chemins de roulement pour des corps roulants du palier de guidage. De préférence, l’assemblage comporte en outre au moins un joint d’étanchéité annulaire dynamique à une ou plusieurs lèvres entre la bague intérieure de guidage et la bague extérieure de guidage.
[0019] Suivant un mode de réalisation, l’assemblage comporte en outre au moins un joint d’étanchéité annulaire dynamique à une ou plusieurs lèvres, apte à être monté directement ou indirectement sur le carter moteur, le joint d’étanchéité annulaire dynamique à une ou plusieurs lèvres étant destiné à être situé axialement entre le carter moteur et le volant d’inertie, et à frotter contre la bague de guidage, contre un manchon solidaire de la bague de guidage, ou contre le volant d’inertie. Ce joint entre partie fixe et partie mobile complète l’étanchéité.
[0020] Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un ensemble moteur comportant un carter de moteur et un assemblage selon tel que précédemment décrit, le palier de guidage étant positionné dans une ouverture du carter moteur. Suivant un mode de réalisation préféré, le moteur est un moteur à plusieurs cylindres, qui peut être à deux cylindres (auquel cas le vilebrequin présente de préférence au moins deux manivelles) ou, suivant un mode de réalisation particulièrement intéressant en pratique, un moteur à au moins trois cylindres, auquel cas le vilebrequin présente de préférence au moins trois manivelles.
[0021] Suivant un mode de réalisation, la bague de guidage fait saillie hors du carter moteur.
[0022] De préférence, le palier de guidage comporte en outre au moins une bague extérieure de guidage sur laquelle est formé au moins un chemin de guidage tourné radialement vers l’intérieur, la bague extérieure de guidage étant fixée au carter moteur].
[0023] Suivant un autre aspect de l’invention, le cas échéant combiné avec l’aspect précédent, l’invention a également trait à un ensemble moteur comportant un sousensemble fixe comportant une paroi d’un carter de moteur, et un équipage tournant, guidé en rotation autour d’un axe de révolution défini par le sous-ensemble fixe, l’équipage tournant comprenant :
un vilebrequin comportant une pluralité de manivelles situées toutes d’un côté intérieur de la paroi du carter de moteur, le vilebrequin comportant une portion d’extrémité formant au moins une portée radiale tournée radialement vers l’extérieur et traversant une ouverture de la paroi du carter de moteur et un épaulement situé du côté intérieur de la paroi du carter de moteur et sur lequel débouchent des trous filetés ;
un volant d’inertie situé d’un côté extérieur de la paroi du carter de moteur, le volant d’inertie comportant des alésages parallèles à l’axe de révolution ;
une bague de guidage tournante pour guider en rotation la portion d’extrémité de vilebrequin autour de l’axe de révolution par rapport à un carter moteur, la bague de guidage tournante étant positionnée au moins partiellement dans l’ouverture de la paroi du carter de moteur, sur la portée radiale, et présentant une première portée d’extrémité tournée vers l’épaulement, et une deuxième portée d’extrémité opposée tournée vers le volant d’inertie, la bague de guidage tournante comportant des alésages situés dans le prolongement des trous filetés du vilebrequin et des alésages du volant d’inertie ;
des vis de fixation traversant les alésages du volant d’inertie et les alésages de la bague de guidage tournante, et vissées dans les trous filetés de la portion d’extrémité de vilebrequin, rendant le volant d’inertie solidaire de la portion d’extrémité de vilebrequin ; et un ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques annulaires disposés entre l’équipage tournant et le sous-ensemble fixe, situés radialement à l’extérieur des vis de fixation et entourant les vis de fixation et l’axe de révolution.
[0024] Les joints d’étanchéité dynamiques permettent d’assurer l’étanchéité entre équipage tournant et sous-ensemble fixe.
[0025] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint fixe, fixé au sous-ensemble fixe, et comportant une ou plusieurs lèvres en contact frottant avec une surface annulaire de glissement fixe par rapport à l’équipage tournant.
[0026] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint tournant, fixé à l’équipage tournant, de préférence à la bague de guidage, au volant d’inertie ou au vilebrequin, et comportant une ou plusieurs lèvres en contact frottant avec une surface annulaire de glissement fixe par rapport au sous-ensemble fixe, formée de préférence sur la paroi du carter de moteur ou sur une armature rapportée sur la paroi du carter de moteur.
[0027] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint axialement extérieur situé au moins partiellement du côté extérieur de la paroi du carter de moteur, axialement entre la paroi du carter de moteur et le volant d’inertie. Un tel joint constitue une étanchéité entre le palier et l’étage de la chaîne de propulsion situé en aval de l’ensemble moteur, qui peut par exemple comprendre, outre le volant d’inertie, un dispositif d’embrayage sec ou humide, un dispositif d’arrêt et démarrage automatique, une machine électrique, etc...
[0028] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint axialement intérieur situé au moins partiellement du côté intérieur de la paroi du carter de moteur. Un tel joint constitue une étanchéité entre le palier et l’intérieur du carter de moteur. Il est particulièrement utile si l’on souhaite que le palier de guidage soit lubrifié de façon indépendante du moteur, par un lubrifiant spécifique, par exemple par une graisse. De préférence, on prévoira dans cette hypothèse à la fois un joint axialement intérieur et un joint axialement extérieur.
[0029] Inversement, lorsqu’il est prévu de lubrifier le palier de guidage avec l’huile du moteur, on prévoira un joint dynamique axialement extérieur sans joint dynamique axialement intérieur.
[0030] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint radialement intérieur, situé au moins partiellement radialement à l’intérieur de l’ouverture. Suivant un autre mode de réalisation, l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint radialement extérieur, situé au moins partiellement radialement à l’extérieur de l’ouverture. Ces joints pourront le cas échéant être des joints axialement extérieurs ou des joints axialement intérieurs.
[0031] Suivant un mode de réalisation, le sous-ensemble fixe comporte en outre au moins une bague de guidage fixe logée au moins partiellement à l’intérieur de l’ouverture et sur laquelle est formé au moins un chemin de guidage en regard du chemin de guidage de la bague de guidage tournante, formant avec la bague de guidage tournante un palier de guidage, le palier étant de préférence un palier à roulement comportant des corps roulants entre le chemin de guidage de la bague de guidage fixe et le chemin de guidage de la bague de guidage tournante. Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint de palier entre la bague de guidage tournante et la bague de guidage fixe. Un tel joint de palier peut être préassemblé sur le palier avec une très bonne maîtrise de positionnement. Le joint en question peut être un joint à une ou plusieurs lèvres ou un joint cassette. De manière plus générale, on peut prévoir, l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint dynamique de bague de palier comportant une armature solidaire de l’une des bagues de guidage fixe ou tournante. Le cas échéant, l’une au moins des bagues de guidage fixe ou tournante comporte un siège de joint pour un joint dynamique de l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques.
[0032] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble moteur comporte en outre un ensemble d’un ou plusieurs joints d’étanchéité statiques annulaires centrés sur l’axe de révolution et disposés entre la bague de guidage fixe et la paroi du carter moteur. Le ou les joints statiques préviennent des risques de fuite entre l’intérieur et l’extérieur du carter moteur par migration entre la bague fixe et la paroi du carter de moteur.
[0033] Suivant un mode de réalisation, l’ensemble moteur comporte en outre un ensemble d’un ou plusieurs joints d’étanchéité statiques annulaires centrés sur l’axe de révolution et disposés entre la bague de guidage tournante et la portion d’extrémité de vilebrequin ou le volant d’inerti. Le ou les joints statiques préviennent des risques de fuite entre l’intérieur et l’extérieur du carter moteur (dans l’hypothèse où il n’y a pas de joint dynamique axialement intérieur) ou entre l’intérieur et l’extérieur du palier de guidage dans l’hypothèse où ce dernier est protégé par un joint dynamique axialement intérieur et un joint dynamique axialement extérieur.
[0034] Suivant un mode de réalisation, on prévoit que chacune des vis est entourée par un joint torique individuel pincé entre la première portée d’extrémité et l’épaulement.
[0035] Le cas échéant, la bague de guidage tournante est en contact avec le volant d’inertie. Suivant un mode de réalisation, la bague de guidage tournante comporte un prolongement en saillie du côté extérieur de la paroi, et formant une portée de fixation du joint dynamique ou une surface de glissement annulaire pour une ou plusieurs lèvres d’au moins un joint annulaire de l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques.
[0036] Naturellement, les divers aspects de l’invention peuvent être combinés. Les divers modes de réalisation des joints statiques peuvent être combinés avec les divers modes de réalisation des joints dynamiques et réciproquement.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0037] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées qui illustrent :
la figure 1, une vue isométrique d’un assemblage d’un vilebrequin de moteur à combustion interne, d’un palier de guidage et d’un volant d’inertie, suivant un premier mode de réalisation de l’invention ;
la figure 2, une coupe axiale de l’assemblage de la figure 1, monté dans un carter moteur ;
la figure 3, une vue isométrique du palier de guidage de l’assemblage de la figure 1 ;
la figure 4, un détail de la coupe axiale de la figure 2 ;
la figure 5, une coupe axiale d’un assemblage selon une variante de réalisation de l’assemblage de la figure 1, constituant un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
la figure 6, un détail d’une coupe axiale d’un assemblage selon un troisième mode de réalisation de l’invention, en variante des modes de réalisation précédents ;
la figure 7, un détail d’une coupe axiale d’un assemblage selon un quatrième mode de réalisation de l’invention, en variante des modes de réalisation précédents ;
la figure 8, un détail d’une coupe axiale d’un assemblage selon un cinquième mode de réalisation de l’invention, en variante des modes de réalisation précédents ;
la figure 9, un détail d’une coupe axiale d’un assemblage selon un sixième mode de réalisation de l’invention, en variante des modes de réalisation précédents ;
la figure 10, un détail d’une coupe axiale d’un assemblage selon un septième mode de réalisation de l’invention, en variante des modes de réalisation précédents ;
la figure 11, un détail d’une coupe axiale d’un assemblage selon un huitième mode de réalisation de l’invention, en variante des modes de réalisation précédents ;
la figure 12, un détail d’une coupe axiale d’un assemblage selon un neuvième mode de réalisation de l’invention, en variante des modes de réalisation précédents ;
la figure 13, un détail d’une coupe axiale d’un assemblage selon un dixième mode de réalisation de l’invention, en variante des modes de réalisation précédents ;
la figure 14, une vue isométrique d’un assemblage d’un vilebrequin de moteur à combustion interne, d’un palier à roulement et d’un volant d’inertie, suivant un onzième mode de réalisation de l’invention ;
la figure 15, une coupe axiale de l’assemblage de la figure 14 ;
la figure 16, un détail de la figure 15 ;
la figure 17, un détail d’une coupe axiale d’un assemblage selon une variante de réalisation de l’assemblage de la figure 14, constituant un douzième mode de réalisation de l’invention ;
la figure 18, une vue isométrique d’un palier à roulement de guidage pour un assemblage suivant un treizième mode de réalisation de l’invention, en variante de l’assemblage selon la figure 1 ;
la figure 19, une vue isométrique d’un joint de l’assemblage selon le treizième mode de réalisation de l’invention ;
la figure 20, un détail en coupe axiale de l’assemblage incorporant le palier à roulement de la figure 18 et le joint de la figure 19, dans un plan axial de coupe situé entre deux vis de fixation de l’assemblage ;
la figure 21, un détail en coupe axiale de l’assemblage incorporant le palier à roulement de la figure 18 et le joint de la figure 19, dans un plan axial passant par un axe d’une vis de fixation de l’assemblage.
[0038] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION [0039] Un ensemble moteur selon un premier mode de réalisation comporte un sous-ensemble fixe dont une paroi 24 a été illustrée sur la figure 2 et un équipage tournant 10 comportant un vilebrequin 12 visible dans son intégralité sur la figure 1, et dont une portion d’extrémité 18 a été illustrée sur la figure 2. La paroi 24 est ici en deux parties, à savoir une paroi d’extrémité 24.1 de bloc-cylindres et un chapeau de palier 24.2 de part et d’autre d’une ouverture 25.
[0040] La portion d’extrémité 18 du vilebrequin 12 traverse l’ouverture 25 de la paroi 24 et est guidée en rotation par un palier de guidage 14 autour d’un axe de révolution 100 défini par le sous-ensemble fixe. Le vilebrequin 12 est un vilebrequin de moteur à combustion interne à plusieurs manivelles 13, qui sont toutes situées d’un même côté intérieur de la paroi 24 du carter de moteur. L’équipage tournant 10 comporte en outre un volant d’inertie 16 situé d’un côté extérieur de la paroi 24 du carter de moteur et fixé à la portion d’extrémité 18 du vilebrequin.
[0041] Comme illustré sur la figure 2, la portion d’extrémité 18 du vilebrequin 12 comporte un bras de manivelle 20 de vilebrequin 12 situé du côté intérieur de la paroi 24 et un tronçon de cylindre 22 faisant saillie axialement par rapport au bras de manivelle 20 de manière à traverser l’ouverture formée dans la paroi 24.
[0042] De façon remarquable, des trous filetés borgnes 26 sont formés dans le bras de manivelle 20 de manière à déboucher au niveau d’un épaulement 28 du bras de vilebrequin 20.
[0043] Le palier de guidage 14, illustré plus particulièrement sur les figures 2 et 3, comporte une bague extérieure 30 sertie sur la paroi 24 du carter moteur et une bague intérieure monobloc 32 montée ajustée ou frettée sur une portée cylindrique 34 formée par le tronçon de cylindre 22, et en appui axial par une première portée annulaire plane d’extrémité 33 contre l’épaulement 28 formé sur le bras de manivelle 20. Le palier de guidage 14 est ici un palier à roulement, comportant des corps roulants 36 logés dans une cage 38 entre la bague extérieure 30 et la bague intérieure 32, et qui circulent sur les chemins de roulement 40, 42 formés sur la bague extérieure 30 et la bague intérieure 32. La bague intérieure 32 est traversée par des alésages 44 parallèles à l’axe de révolution 100 disposés dans le prolongement axial des trous filetés 26 de la portion d’extrémité 18 du vilebrequin 12. La bague extérieure 30 du palier de guidage 14 fait partie du sous-ensemble fixe, alors que la bague intérieure 32 est un composant de l’équipage tournant 10.
[0044] La bague intérieure 32 a une dimension axiale plus importante que la bague extérieure 30, et comporte notamment un prolongement axial en manchon 46 qui fait saillie à l’extérieur de la paroi 24 du carter moteur, en direction du volant d’inertie 16, et forme une surface cylindrique 48 de frottement pour une ou plusieurs lèvres d’un joint à lèvre 47 fixé à la bague extérieure 30. La bague intérieure 32 présente en outre une deuxième portée annulaire plane d’extrémité 49, opposée à la première portée d’extrémité 33.
[0045] Le volant d’inertie 16 est situé à l’extérieur du carter moteur et en appui axial direct ou indirect contre la portée d’extrémité 49 de la bague intérieure 32. Le volant d’inertie 16 est pourvu d’alésages 50 dans le prolongement axial des alésages 44 de la bague intérieure 32 et les trous filetés 26 du vilebrequin 12.
[0046] Les alésages 44, 50 et les trous filetés 26 sont parallèles à l’axe de révolution 100, et répartis à la circonférence de la bague intérieure 32 pour former un nombre de passages de vis suffisant pour fixer de manière sécurisée le volant d’inertie 16 au vilebrequin 12. Des vis de fixation 52 traversent les alésages 50 du volant d'inertie 16 et les alésages 44 de la bague intérieure 32, pour venir se visser dans les trous filetés 26 de la portion d'extrémité 18 de vilebrequin 12. Les têtes 53 des vis 52 sont en appui contre le volant d’inertie 16, rendant le volant d'inertie 16 solidaire de la portion d'extrémité 18 du vilebrequin 12 en pinçant la bague intérieure 32 axialement entre le volant d’inertie 16 et l’épaulement 28 de la portion d’extrémité 18 du vilebrequin 12.
[0047] Pour éviter des fuites d’huile au travers de l’ouverture de la paroi 24 et assurer l’étanchéité du volume intérieur au carter moteur (du côté du vilebrequin 12) par rapport à l’extérieur (du côté du volant d’inertie 16), on prévoit des joints toriques 54 individuels autour de chaque passage de vis, centrés sur les axes de vis 50 et pincés entre l’épaulement 28 et la bague intérieure 32. Les joints toriques 54 peuvent le cas échéant être logés partiellement dans une gorge annulaire formée autour de chaque passage de vis, soit sur la paroi transversale d’extrémité 33 de la bague intérieure 32, soit sur l’épaulement 28. On prévoit également au moins un joint torique intérieur 56, 58 centré sur l’axe de révolution 100 et positionné radialement à l’intérieur des vis de fixation 50. Ce joint torique intérieur peut être un joint axial 56 pincé entre l’épaulement 28 et la bague intérieure 32 ou un joint radial 58 entre la bague intérieure 32 et la portée cylindrique 34. Le cas échéant, le joint torique peut être partiellement logé dans une gorge annulaire formée sur la bague intérieure 32 ou la partie en regard de la portion d’extrémité 18 du vilebrequin 12. On a illustré sur les figures 2 et 3 les deux types de joints 56, 58, mais l’homme du métier pourra déterminer suivant les circonstances si un seul joint intérieur 56, 58 est suffisant, et lequel.
[0048] Cette manière d’assurer l’étanchéité permet de s’adapter à une grande variété de géométries de vilebrequins 12, notamment des vilebrequins 12 dont le bras de manivelle d’extrémité 20 n’est pas en recouvrement total avec la bague intérieure 32 du palier de guidage 14, comme illustré par la région 102 indiquée sur la figure 1.
[0049] En pratique, le montage de l’ensemble moteur comporte les étapes successives suivantes : le palier de guidage 14 est tout d’abord assemblé et monté sur la portion d’extrémité 18 du vilebrequin, puis l’assemblage est positionné dans l’ouverture 25 avant de fixer le chapeau de palier 24.2 à la paroi de bloc-cylindres 24.1. Enfin le volant d’inertie 16 est monté et les vis de fixation 52 engagées et serrées.
[0050] Suivant la variante illustrée sur la figure 5, constituant un deuxième mode de réalisation de l’invention, un joint à lèvre 147 est positionné entre la paroi 24 du carter moteur et la bague intérieure monobloc 32, du côté extérieur de la paroi 24, axialement entre la paroi 24 et le volant d’inertie 16 pour assurer l’étanchéité entre la paroi 24 du carter moteur et l’équipage tournant (constitué ici par le vilebrequin 12, la bague intérieure 32, le volant d’inertie 16, ainsi que les vis de fixation 52 et les joints toriques 54, 56, 58). Le joint à lèvre 147 peut comporter une ou plusieurs lèvres, venant frotter de préférence contre une face cylindrique 48 de frottement formée sur le manchon 46 de la bague intérieure 32.
[0051] Sur les figures 6 à 9 sont illustrées diverses variantes de positionnement du joint dynamique, du côté extérieur de la paroi 24, en combinaison avec un palier de guidage à roulement 14 lubrifié par l’huile du carter de moteur. Le positionnement du joint dynamique à l’extérieur du carter moteur offre l’avantage de permettre une intervention de maintenance plus facilement qu’un joint dynamique situé à l’intérieur du carter moteur.
[0052] Le joint d’étanchéité dynamique 247 de la figure 6 comporte une armature 247.1 sertie sur la bague extérieure 30 du palier de guidage 14 et une ou plusieurs lèvres élastiques 247.2 venant en appui axial contre un siège de joint 247.3 plan, qui peut être fixé au volant d’inertie 16. On a également illustré sur la figure 6, mais de manière transposable aux autres modes de réalisation, un joint statique additionnel 59 entre la bague extérieure 30 du palier de guidage 14 et la paroi 24 du carter moteur, ainsi qu’un joint annulaire statique additionnel 254 pincé entre la paroi d’extrémité 49 de la bague intérieure 32 du palier de guidage 14 et le volant d’inertie 16, et situé radialement à l’extérieur des alésages 44 de la bague intérieure 32 et des alésages 50 du volant d’inertie.
[0053] Suivant une variante non illustrée, le joint d’étanchéité dynamique 247 peut être fretté sur la bague intérieure 32 du palier de guidage 14. Dans cette hypothèse, on peut le cas échéant se passer du joint annulaire additionnel 254.
[0054] Le joint d’étanchéité dynamique 347 de la figure 7, représenté schématiquement mais qui peut être par exemple un joint similaire à celui de la figure 6 ou un joint cassette, est fixé au volant d’inertie et en contact glissant contre un siège de joint constitué par une paroi annulaire plane d’extrémité de la bague extérieure 30 du palier de guidage 14.
[0055] Le joint dynamique 447 de la figure 8, représenté schématiquement comme un joint cassette, comprend une armature fixe solidaire de la paroi 24 du carter de moteur, une armature mobile solidaire du volant d’inertie 16 et un ensemble d’une ou plusieurs lèvres d’étanchéité entre les deux armatures, fixées à l’une et glissant sur l’autre.
[0056] Le joint dynamique 547 de la figure 9 est un joint radial similaire à celui de la figure 5, mais glissant sur un siège cylindrique 516 formé sur le volant d’inertie 16.
[0057] Sur les figures 10 à 13 ont été illustrées d’autres variantes d’étanchéité dynamique, en combinaison avec un palier de guidage 14 lubrifié par un lubrifiant indépendant de l’huile du carter moteur, par exemple par de la graisse. Dans ce cas de figure, il est nécessaire de prévoir une étanchéité dynamique de part et d’autre du palier à roulement. Plus spécifiquement, on a illustré sur les figures 10 à 13 une étanchéité dynamique par un joint à lèvre 47 à l’extérieur du carter de moteur et des joints statiques 54, 56, 58 similaire aux joints de la figure 4.
[0058] Suivant le mode de réalisation de la figure 10, on prévoit en outre un joint statique additionnel 59 entre la bague extérieure 30 du palier de guidage 14 et la paroi 24 du carter moteur un joint dynamique 672 entre la bague extérieure 30 du palier de guidage 14 et la portion d’extrémité 18 du vilebrequin. Ce joint peut être un joint à une ou plusieurs lèvres, solidaire de la bague extérieure 30 du palier de guidage 14 et frottant sur un siège de joint solidaire de la portion d’extrémité 18 du vilebrequin. Il peut s’agir inversement d’un joint à une ou plusieurs lèvres, solidaire de la portion d’extrémité 18 du vilebrequin et frottant sur un siège de joint solidaire de la bague extérieure 30 du palier de guidage 14. Il peut enfin s’agir d’un joint cassette, avec une armature fixe, une armature tournante, et des lèvres élastiques entre ces armatures. Les joints statiques 54, 56, 58, dans ce mode de réalisation, ont pour fonction d’éviter les fuites du lubrifiant du palier de guidage 14.
[0059] Suivant le mode de réalisation de la figure 11, le joint dynamique 772 est positionné entre la paroi 24 du carter de moteur et la portion d’extrémité 18 du vilebrequin 12.
[0060] Suivant le mode de réalisation de la figure 12, le joint d’étanchéité dynamique 872 et le joint statique additionnel 859 sont réalisés par un seul et même joint fretté sur la bague extérieure 30 du palier de guidage 14. La figure 13 illustre une variante du mode de réalisation de la figure 12, maximisant le contact entre le joint et ses sièges.
[0061] Sur les figures 14 à 16 est illustré un assemblage selon un onzième mode de réalisation de l’invention, qui diffère des précédents par le contour extérieur du bras de manivelle 20 de la portion d’extrémité 18 du vilebrequin 12 dans la région 202 indiquée sur la figure 14, et par le type et l’emplacement du joint d’étanchéité 60 utilisé.
[0062] Le joint d’étanchéité 60 annulaire illustré sur les figures 15 et 16 est interposé entre le la bague intérieure 32 du palier de guidage 14 et l’épaulement 28, et est situé radialement à l’extérieur des vis de fixation 50. Le joint présente une armature métallique 62 sertie sur la bague intérieure 32 du palier à roulement 14, et un surmoulage 64 en matériau élastomère, directement en appui contre l’épaulement
28. Le joint d’étanchéité 60, ou au moins son surmoulage élastomère 64, présente une symétrie de révolution autour de l’axe de révolution 100.
[0063] Ce mode de réalisation offre l’avantage, par rapport aux précédents modes de réalisation, de ne nécessiter qu’un seul joint 60 pour réaliser l’étanchéité recherchée. Mais il impose une géométrie particulière adaptée du bras de manivelle 20 dans la région 202, pour permettre au joint d’étanchéité 60 d’être en appui contre l’épaulement 28 sur toute sa circonférence. Plus spécifiquement, le bras de manivelle 20 doit recouvrir complètement la paroi transversale d’extrémité 33 de la bague intérieure 32. Par comparaison avec l’assemblage de la figure 1, cette forme adaptée ce traduit ici par un renflement local du bras de manivelle 20 dans la région 202.
[0064] En variante, le joint d’étanchéité extérieur 60 peut être intégralement en matériau élastomère, comme illustré sur la figure 17.
[0065] Sur les figures 18 à 21 est illustré un assemblage selon un treizième mode de réalisation de l’invention, qui cumule les avantages des modes de réalisation précédents.
[0066] L’ assemblage est pourvu d’un joint d’étanchéité annulaire extérieur 66 en matériau élastomère, pincé entre la bague intérieure 32 du palier de guidage 14 et l’épaulement 28 formé sur le bras de manivelle 20. Le joint d’étanchéité 66 présente un pourtour extérieur 68 circulaire positionné radialement à l’extérieur des alésages 44 traversant la bague intérieure 32 du palier de guidage 14, et un pourtour intérieur 70 ondulé, de sorte que l’épaisseur radiale du joint d’étanchéité 66 varie périodiquement sur sa circonférence, entre une épaisseur radiale faible dans les plans de coupe axiale passant par les axes des alésages 44 de la bague intérieure 32 (figure
21), et une épaisseur radiale plus importante dans des plans de coupe axiale situés à mi-distance entre deux alésages 44 adjacents de la bague intérieure 32 (figure 20). La distance la plus courte entre le joint d’étanchéité 66 et l’axe de révolution 100 est ainsi de préférence inférieure à la distance entre les axes des alésages 44 de la bague intérieure 32 et l’axe de révolution 100. Cette disposition permet d’assurer un contact entre le joint d’étanchéité 66 et l’épaulement 28 même dans la zone 102, et de ce fait une étanchéité sur l’ensemble de la circonférence du joint.
[0067] Le joint d’étanchéité tel qu’illustré présente une symétrie de révolution d’ordre N, N étant le nombre d’alésages 44 de la bague intérieure 32, ici égal à 8. Cette symétrie de révolution facilite le montage puisque l’on peut monter le joint d’étanchéité 66 dans huit positions différentes totalement équivalentes, et l’on n’a pas besoin de référencer la position de la bague intérieure 32 équipée de son joint d’étanchéité 66 lors du montage sur la portion d’extrémité 18 du vilebrequin 12. On peut toutefois également, en variante, prévoir que seule la portion de joint située dans la zone 102 ait une épaisseur radiale plus importante.
[0068] Naturellement, les exemples représentés sur les figures et discutés cidessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif. On peut prévoir que le prolongement axial 46 soit remplacé par un manchon d’entretoise pincé axialement entre le volant d’inertie 16 et la bague intérieure 32. Le volant d’inertie 16 peut être de tout type connu, simple ou double. La bague extérieure peut être fixée par tout moyen approprié à la paroi 24, qui peut le cas échéant être en plusieurs pièces. Le palier de guidage 14 peut être un palier lisse. La bague extérieure 30 peut être omise. La portée radiale 34 de la portion d’extrémité 18 du vilebrequin 12 est de préférence cylindrique à base circulaire, mais peut également être cannelée ou cylindrique à base non circulaire, pour contribuer à la tenue de l’assemblage en torsion. On peut proposer une armature annulaire pour le joint 66 du treizième mode de réalisation de l’invention. On peut envisager un prolongement de la bague intérieure 32 à l’intérieur du carter moteur, permettant d’interposer le joint 672, 872 entre la bague extérieure 30 et la bague intérieure 32.
[0069] Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux les différents modes de réalisation illustrés pour en proposer d'autres.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Ensemble moteur comportant un sous-ensemble fixe comportant une paroi (24) d’un carter de moteur, et un équipage tournant (10), guidé en rotation autour d’un axe de révolution (100) défini par le sous-ensemble fixe, l’équipage tournant (10) comprenant :un vilebrequin (12) comportant une pluralité de manivelles (13) situées toutes d’un côté intérieur de la paroi (24) du carter de moteur, le vilebrequin (12) comportant une portion d’extrémité (18) formant au moins une portée radiale (34) tournée radialement vers l’extérieur et traversant une ouverture (25) de la paroi (24) du carter de moteur et un épaulement (28) situé du côté intérieur de la paroi (24) du carter de moteur et sur lequel débouchent des trous filetés (26) ;un volant d’inertie (16) situé d’un côté extérieur de la paroi (24) du carter de moteur, le volant d’inertie (16) comportant des alésages (50) parallèles à l’axe de révolution (100) ;une bague de guidage tournante (32) pour guider en rotation la portion d’extrémité (18) de vilebrequin (12) autour de l’axe de révolution (100) par rapport à un carter moteur (24), la bague de guidage tournante (32) étant positionnée au moins partiellement dans l’ouverture de la paroi (24) du carter de moteur, sur la portée radiale (34), et présentant une première portée d’extrémité (33) tournée vers l’épaulement (28), et une deuxième portée d’extrémité (49) opposée tournée vers le volant d’inertie (16), la bague de guidage tournante (32) comportant des alésages (44) situés dans le prolongement des trous filetés (26) du vilebrequin (12) et des alésages (50) du volant d’inertie (16) ; et des vis de fixation (52) traversant les alésages (50) du volant d’inertie (16) et les alésages (44) de la bague de guidage tournante (32), et vissées dans les trous filetés (26) de la portion d’extrémité (18) de vilebrequin (12), rendant le volant d’inertie (16) solidaire de la portion d’extrémité (18) de vilebrequin (12) ;caractérisé en ce que l’ensemble moteur comporte en outre un ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques annulaires (47, 147, 247, 347, 447, 547, 672, 772, 872) disposés entre l’équipage tournant et le sous-ensemble fixe, situés radialement à l’extérieur des vis de fixation (52) et entourant les vis de fixation (52) et l’axe de révolution (100).
- 2. Ensemble moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint fixe, fixé au sousensemble fixe, et comportant une ou plusieurs lèvres en contact frottant avec une surface annulaire de glissement fixe par rapport à l’équipage tournant.
- 3. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint tournant, fixé à l’équipage tournant, de préférence à la bague de guidage, au volant d’inertie ou au vilebrequin, et comportant une ou plusieurs lèvres en contact frottant avec une surface annulaire de glissement fixe par rapport au sous-ensemble fixe, formée de préférence sur la paroi (24) du carter de moteur ou sur une armature rapportée sur la paroi (24) du carter de moteur.
- 4. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint axialement extérieur situé au moins partiellement du côté extérieur de la paroi (24) du carter de moteur, axialement entre la paroi du carter de moteur et le volant d’inertie (16).
- 5. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint axialement intérieur situé au moins partiellement du côté intérieur de la paroi (24) du carter de moteur.
- 6. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint radialement intérieur, situé au moins partiellement radialement à l’intérieur de l’ouverture (25).
- 7. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint radialement extérieur, situé au moins partiellement radialement à l’extérieur de l’ouverture (25).
- 8. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sous-ensemble fixe comporte en outre au moins une bague de guidage fixe (30) logée au moins partiellement à l’intérieur de l’ouverture et sur laquelle est formé au moins un chemin de guidage (40) en regard du chemin de guidage (42) de la bague de guidage tournante (32), formant avec la bague de guidage tournante (32) un palier de guidage (14), le palier (14) étant de préférence un palier à roulement comportant des corps roulants (36) entre le chemin de guidage (40) de la bague de guidage fixe (30) et le chemin de guidage (42) de la bague de guidage tournante (32).
- 9. Ensemble moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint de palier (47) entre la bague de guidage tournante (32) et la bague de guidage fixe (30).
- 10. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendication 8 à 9, caractérisé en ce que l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques comporte au moins un joint dynamique de bague de palier comportant une armature solidaire de l’une des bagues de guidage fixe ou tournante.
- 11. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendication 8 à 10, caractérisé en ce que l’une au moins des bagues de guidage fixe ou tournante comporte un siège de joint pour un joint dynamique de l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques.
- 12. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendication 8 à 11, caractérisé en ce que l’ensemble moteur comporte en outre un ensemble d’un ou plusieurs joints d’étanchéité statiques annulaires (59) centrés sur l’axe de révolution (100) et disposés entre la bague de guidage fixe (30) et la paroi (24) du carter moteur.
- 13. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble moteur comporte en outre un ensemble d’un ou plusieurs joints d’étanchéité statiques annulaires (56, 58,60,66,254) centrés sur l’axe de révolution (100) et disposés entre la bague de guidage tournante (32) et la portion d’extrémité (18) de vilebrequin (12) ou le volant d’inertie (16).
- 14. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des vis (52) est entourée par un joint torique individuel (54) pincé entre la première portée d’extrémité (33) et l’épaulement (28).
- 15. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bague de guidage tournante (32) comporte un prolongement en saillie du côté extérieur de la paroi (24), et formant une portée de fixation du joint dynamique ou une surface de glissement annulaire pour une ou plusieurs lèvres d’au moins un joint annulaire de l’ensemble d’un ou plusieurs joints dynamiques.
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