WO2005062014A2 - Dispositif de test d'un palier de vilebrequin - Google Patents

Dispositif de test d'un palier de vilebrequin

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    • G01M13/027—Test-benches with force-applying means, e.g. loading of drive shafts along several directions

Definitions

  • the present invention relates to a device for testing the resistance to tensile stresses of a crankshaft bearing of a combustion engine of motor vehicles. It is known practice to test crankshaft bearings during tests of internal combustion engines on test benches. These tests make it possible in particular to test the resistance to tensile stresses of the crankshaft bearings. However these tests are expensive because it is necessary to use a complete engine, and long because the frequency of the stresses of the crankshaft bearings is limited to the engine speed. In addition, this type of test does not make it possible to carry out statistical analyzes, because on the one hand the number of samples remains limited, and because on the other hand the stresses exerted on the bearing are difficult to control.
  • the invention aims to overcome the drawbacks of the state of the art. To this end, it provides a device for testing the resistance to tensile stresses of a crankshaft bearing consisting of a bearing cap fixed to a cylinder block of an internal combustion engine, the device comprising means of traction of a journal housed in the bearing in place of the crankshaft which simulates the radial forces imposed on the bearing by the crankshaft during engine operation.
  • the device can include means for varying an angle ⁇ between the normal to the face of the casing cylinders receiving the bearing caps and the direction of the tensile forces.
  • the angle ⁇ can vary from 0 ° to 30 ° on either side of the normal to the face of the cylinder block receiving the bearing caps, and preferably from 0 ° to 10 °.
  • the means for varying the angle ⁇ may consist of support plates having non-coplanar faces.
  • the means for varying the angle a may include a tilting support plate.
  • the support plate can be fixed on the one hand on the test bench, and on the other hand on the face of the cylinder block receiving the cylinder head.
  • the journal can be mounted in a yoke connected to a traction system.
  • the invention also provides a journal belonging to the test device and having characteristics of the parts of the crankshaft which mount in the bearing.
  • the invention also provides a method for testing the resistance to tensile forces of a crankshaft bearing, the radial forces imposed on the bearing being exerted by a fixed journal mounted in place of the crankshaft in the bearing.
  • the trunnion can be fixed on a clevis which is connected to a traction system.
  • the bearing consists of a cylinder housing 4 of an internal combustion engine defining a semicircular recess, of a bearing cap 5 which defines a semicircular recess of the same shape as that of the cylinder block 4.
  • the semicircular recess of the bearing cap 5 is fixed on the cylinder block 4 in face of its semicircular recess by means of screws 6.
  • the invention comprises a journal 8. This journal 8 is housed in the bearing in place of the crankshaft. It is an axis which has characteristics of the parts of the crankshaft, such as for example dimensional and mechanical characteristics.
  • half bearings 7 are used placed between the pin 8 and on the one hand the semi-circular recess of the bearing cap 5 and on the other hand the circular recess of the cylinder block 4.
  • the pin 8 is a connecting piece between the bearing and a yoke 9 which on the one hand is integral with the pin 8 and which on the other hand is connected to n traction system not shown.
  • the yoke 9 has a first lower part in the shape of an inverted U, the two sides of which are drilled to receive the pin 8.
  • the yoke 9 also has a second part in the form of a flat arranged on the base of the inverted U and drilled to receive axis of attachment to the traction system.
  • the hole in the plate is perpendicular to the coaxial holes in the sides of the U.
  • the pin 8 has a length which allows it to protrude from the sides of the U of the yoke 9.
  • the tensile force applied to the bearing is an effort whose direction follows normal to the face of the cylinder block 4 receiving the bearing caps 5.
  • we define the angle ⁇ which is the angle between the normal to the face of the cylinder block 4 receiving the bearing caps 5 and the direction of the tensile force which is applied to the bearing.
  • the angle ⁇ varies from 0 ° to 30 ° on either side of the normal to the face of the cylinder block 4 receiving the bearing caps 5, and preferably from 0 ° to 10 °.
  • This angle range is representative of the tensile forces applied to the bearing, because it simulates the angle of the forces which are applied by the rod of a piston to the crankpin of a crankshaft.
  • the pin 8 which is integral with the yoke 9 can rotate in the bearing by means of the half bearings 7.
  • the invention comprises a support plate 2.
  • the support plate 2 is fixed on the one hand on the test bench 1 by means of fixing flanges 3, and on the other hand on the face of the cylinder block 4 receiving the cylinder head, that is to say that it fixed on the cylinder block 4 in place of the cylinder head.
  • Plate 2 is the element by which the angle ⁇ is varied.
  • the support plate 2 has non-coplanar fixing faces, that is to say that the upper face defines an angle relative to the lower face.
  • upper face is meant the face which is fixed on the face of the cylinder block 4 receiving the cylinder head.
  • a set of support plates 2 is used with fixing faces which have different angles of inclination.
  • the angle ⁇ corresponds to the angle of inclination of the fixing faces of the support plate 2.
  • the angle ⁇ no longer corresponds to the angle of inclination of the fixing faces of the support plate 2. the angle of inclination of the V of the cylinders must be taken into account for the preparation of the support plates 2.
  • One of the advantages of the present invention is that the implementation of the tests is more fast and less complicated than tests on a real engine test bench. Another advantage is that we have total control of the stresses applied to the bearings, because we can act on the direction and intensity of the stresses. Another advantage is that one can carry out a statistical processing of the test results to obtain an approach of reliability and to determine for example a lifetime of a bearing according to the stresses which are applied to it.

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Abstract

Dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier de vilebrequin constitué d'un chapeau de palier (5) fixé sur un carter cylindres (4) de moteur à combustion interne comportant des moyens de traction d'un tourillon (8) logé dans le palier à la place du vilebrequin, ces moyens simulant les efforts radiaux imposés au palier par le vilebrequin lors du fonctionnement du moteur.

Description

DISPOSITIF DE TEST D'UN PALIER DE VILEBREQUIN
La présente invention concerne un dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier de vilebrequin de moteur à combustion de véhicules automobiles. Il est connu de tester les paliers de vilebrequin lors d'essais de moteurs à combustion interne sur des bancs de test. Ces essais permettent notamment de tester la tenue aux efforts de traction des paliers du vilebrequin. Cependant ces essais sont chers car il faut utiliser un moteur complet, et longs car la fréquence des sollicitations des paliers de vilebrequin est limitée au régime du moteur. De plus, ce type d'essai ne permet pas de réaliser des analyses statistiques, car d'une part le nombre d'échantillons reste limité, et car d'autre part les sollicitations exercées sur le palier sont difficiles à contrôler. Les analyses statistiques peuvent permettre de déterminer par exemple une durée de vie du palier en fonction des contraintes qui lui sont appliquées . L'invention vise à pallier les inconvénients de l'état de la technique. Dans ce but, elle fournit un dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier de vilebrequin constitué d'un chapeau de palier fixé sur un carter cylindres de moteur à combustion interne, le dispositif comportant des moyens de traction d'un tourillon logé dans le palier à la place du vilebrequin qui simulent les efforts radiaux imposés au palier par le vilebrequin lors du fonctionnement du moteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le dispositif peut comporter des moyens pour faire varier un angle α entre la normale à la face du carter cylindres recevant les chapeaux de paliers et la direction des efforts de traction. - l'angle α peut varier de 0° à 30° de part et d'autre de la normale à la face du carter cylindres recevant les chapeaux de paliers, et de préférence de 0° à 10°. - les moyens pour faire varier l'angle α peuvent être constitués de plaques support comportant des faces non coplanaires . les moyens pour faire varier l'angle a peuvent comporter une plaque support inclinable. - la plaque support peut être fixée d'une part sur le banc de test, et d'autre part sur face du carter cylindres recevant la culasse. - le tourillon peut être monté dans une chape raccordée à un système de traction. L'invention fournit également un tourillon appartenant au dispositif de test et présentant des caractéristiques des parties du vilebrequin se montant dans le palier. L'invention fournit également un procédé de test de résistance aux efforts de traction d'un palier de vilebrequin, les efforts radiaux imposés au palier étant exercés par un tourillon fixe monté à la place du vilebrequin dans le palier. On peut fixer le tourillon sur une chape qui se raccorde à un système de traction. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple et nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une vue de face du dispositif de test des paliers de vilebrequin. - La figure 2 est une vue de côté du dispositif de test des paliers de vilebrequin. En référence à la figure 1, le palier est constitué d'un carter cylindres 4 de moteur à combustion interne définissant un évidement demi-circulaire , d'un chapeau de palier 5 qui définit un évidement demi-circulaire de même forme que celui du carter cylindres 4. L'évidement demi- circulaire du chapeau de palier 5 se fixe sur le carter cylindres 4 en face de son évidement demi-circulaire par l'intermédiaire de vis 6. Pour appliquer des efforts de traction sur le palier, l'invention comporte un tourillon 8. Ce tourillon 8 se loge dans le palier à la place du vilebrequin. Il s'agit d'un axe qui présente des caractéristiques des parties du vilebrequin, comme par exemple des caractéristiques dimensionnelles et mécaniques. Pour représenter les conditions réelles, on utilise des demi coussinets 7 placés entre le tourillon 8 et d'une part 1 ' évidement demi- circulaire du chapeau de palier 5 et d'autre part l' évidement circulaire du carter cylindres 4. Le tourillon 8 est une pièce de liaison entre le palier et une chape 9 qui d'une part est solidaire du tourillon 8 et qui d'autre part se raccorde à n système de traction non représenté. La chape 9 comporte une première partie inférieure en forme de U inversé, dont les deux flancs sont percés pour recevoir le tourillon 8. La chape 9 comporte également une deuxième partie en forme de plat disposée sur la base du U inversé et percée pour recevoir un axe de fixation au système de traction. Le perçage du plat est perpendiculaire aux perçages coaxiaux des flancs du U. Le tourillon 8 a une longueur qui lui permet de dépasser des flancs du U de la chape 9. L'effort de traction appliqué sur le palier est un effort dont la direction suit la normale à la face du carter cylindres 4 recevant les chapeaux de paliers 5. Pour simuler les efforts de traction appliqués au palier dans les conditions réelles, il est nécessaire que l'on puisse régler l'inclinaison de la direction des efforts par rapport à la normale à la face du carter cylindres 4 recevant les chapeaux de paliers 5. On définit pour cela l'angle α qui est l'angle entre la normale à la face du carter cylindres 4 recevant les chapeaux de paliers 5 et la direction de l'effort de traction qui est appliqué au palier. L'angle α varie de 0° à 30° de part et d'autre de la normale à la face du carter cylindres 4 recevant les chapeaux de paliers 5, et de préférence de 0° à 10°. Cette plage d'angle est représentative des efforts de traction appliqués au palier, car elle simule l'angle des efforts qui sont appliqués par la bielle d'un piston sur le maneton d'un vilebrequin- Pour permettre à l'angle α de varier, le tourillon 8 qui est solidaire de la chape 9 peut tourner dans le palier par l'intermédiaire des demi coussinets 7. Pour fixer le carter cylindre 4 sur le banc de test 1, l'invention comporte une plaque support 2. La plaque support 2 se fixe d'une part sur le banc de test 1 par l'intermédiaire de brides de fixation 3, et d'autre part sur la face du carter cylindres 4 recevant la culasse, c'est-à-dire qu'elle se fixe sur le carter cylindres 4 à la place de la culasse. La plaque 2 est l'élément par lequel on fait varier l'angle α. Comme représenté sur la figure 1, la plaque support 2 comporte des faces de fixation non coplanaires, c'est-à-dire que la face supérieure définit un angle par rapport à la face inférieure. Par face supérieure, on entend la face qui se fixe sur la face du carter cylindres 4 recevant la culasse. Pour faire varier l'angle α, on utilise un jeu de plaques support 2 avec des faces de fixation qui présentent des angles d'inclinaison différents. Selon une variante de l'invention, on peut utiliser une seule plaque support 2 montée sur le banc de test de façon inclinable. Cette variante présente l'avantage de n'utiliser qu'une seule plaque support 2. En référence à la figure 1, dans le cas d'un test d'un palier comportant un carter cylindres 4 à cylindres en lignes, l'angle α correspond à l'angle d'inclinaison des faces de fixations de la plaque support 2. Dans le cas d'un test d'un palier comportant un carter cylindres à cylindres en V non représenté, l'angle α ne correspond plus à l'angle d'inclinaison des faces de fixation de la plaque support 2. il faut tenir compte de l'angle d'inclinaison du V des cylindres pour l'élaboration des plaques supports 2. Pour réaliser un test de paliers , on commence par positionner le carter cylindres 4 avec la plaque support 2 sur le banc de test 1. Ensuite on prépare l'assemblage du palier en insérant le tourillon 8 dans la chape 9 en ayant pris soin de placer le chapeau de palier 5 muni de son demi coussinet 7. Ensuite on place le tourillon 8 préalablement assemblé avec la chape 9 dans l' évidement demi-circulaire du carter cylindres 4 munie de son demi coussinet 7 , et on vient ixer le chapeau 5 sur le carter cylindres . On utilise pour cela les vis de fixation 6. Lors du montage du tourillon 8 dans le palier, il est important de graisser la surface de contact des demi coussinets 7, car compte tenu de l'application des sollicitations sur le palier qui sont de l'ordre de 100 Hz, il y a un risque de grippage par échauff ment, voire de casse du palier. Il est nécessaire de serrer les vis 6 avec une tension de serrage connu, et d'enregistrer cette valeur pour chaque palier testé. On peut utiliser par exemple un système fonctionnant par ultrasons pour connaître la tension réellement installée. Il est aussi nécessaire d'enregistrer la valeur de dépassement de chaque demi coussinet 7 pour chaque palier testé. Ensuite, on paramètre le banc de test, en définissant les contraintes qui seront appliquées : - amplitude de l'effort de traction (effort dynamique) - fréquence de l'effort de traction (de l'ordre de 100Hz) - Effort moyen de traction (effort statique) On lance le banc de test jusqu'au nombre de cycles désirés ou jusqu'au déclenchement de l'une des alarmes du système de traction. A la fin du test, on démonte l'assemblage du tourillon 8 dans le palier, et on recommence l'opération pour le palier suivant du carter cylindres 4. Un des avantages de la présente invention est que la mise en oeuvre des essais est plus rapide et moins compliquée que des essais sur un banc moteur réel . Un autre avantage est que l'on a un contrôle total des sollicitations appliquées sur les paliers, car on peut agir sur la direction et l'intensité des sollicitations. Un autre avantage est que l'on peut réaliser un traitement statistique des résultats d'essais pour obtenir une approche de fiabilité et pour déterminer par exemple une durée de vie d'un palier en fonction des sollicitations qui lui sont appliquées .

Claims

Revend!ca ions
1) Dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier de vilebrequin constitué d'un chapeau de palier (5) fixé sur un carter cylindres (4) de moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de traction d'un tourillon (8) logé dans le palier à la place du vilebrequin, ces moyens simulant les efforts radiaux imposés au palier par le vilebrequin lors du fonctionnement du moteur.
2) Dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (2) pour faire varier un angle α entre la normale à la face du carter cylindres (4) recevant les chapeaux de paliers (5) et la direction des efforts de traction.
3) Dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle α varie de 0° à 30° de part et d'autre de, la normale à la face du carter cylindres (4) recevant les chapeaux de paliers (5), et de préférence de 0° à 10°.
4) Dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier l'angle α sont constitués de plaques support (2) comportant des faces non coplanaires .
5) Dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens pour faire varier l'angle α comportent une plaque support (2) inclinable. 6) Dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la plaque support (2) est fixée d'une part sur le banc de test (1), et d'autre part sur face du carter cylindres (4) recevant la culasse.
7) Dispositif de test de résistance aux efforts de traction d'un palier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tourillon (8) est monté dans une chape (9) raccordée à un système de traction.
8) Tourillon (8 ) appartenant au dispositif de test selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente des caractéristiques des parties du vilebrequin se montant dans le palier.
9) Procédé de test de résistance aux efforts de traction d'un palier de vilebrequin, caractérisé en ce que les efforts radiaux imposés au palier sont exercés par un tourillon (8) monté à la place du vilebrequin dans le palier.
10) Procédé de test de résistance aux efforts de traction d'un palier de vilebrequin selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on fixe le tourillon (8) sur une chape (9) qui se raccorde à un système de traction.
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