WO2011045504A1 - Vilebrequin pour moteur a combustion interne - Google Patents

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WO2011045504A1
WO2011045504A1 PCT/FR2010/052109 FR2010052109W WO2011045504A1 WO 2011045504 A1 WO2011045504 A1 WO 2011045504A1 FR 2010052109 W FR2010052109 W FR 2010052109W WO 2011045504 A1 WO2011045504 A1 WO 2011045504A1
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WO
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crankshaft
plastic material
filling
hollow
core
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PCT/FR2010/052109
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English (en)
Inventor
Laurent Bechu
Jean-Yves Morin
Martine Monin
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06—Crankshafts
    • F16C3/14—Features relating to lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06—Crankshafts
    • F16C3/10—Crankshafts assembled of several parts, e.g. by welding by crimping

Definitions

  • the invention relates to a lightened crankshaft for an internal combustion engine, an engine and a vehicle equipped with this crankshaft and the method of manufacturing such a crankshaft.
  • crankshafts that equip the engines of today's vehicles are generally manufactured in one piece, for example press-forged or cast.
  • the material used such as cast iron and steel, is therefore present in all the sections of the part, which necessitates carrying out, during the machining operations, passage orifices for the oil which makes it possible to lubricate the bearings and the crank pins present on the crankshaft.
  • the criteria of resistance make crankshafts choose either cast iron or forged steel.
  • crankshafts are parts subjected to bending stresses which are concentrated in the connection grooves (rod forces), torsional stresses which mainly stress the center of the trunnions and the grease orifices, to stresses of stress. torsional and bending vibrations as well as wear of bearings and crank pins or antagonistic materials in relation to lubrication.
  • crankshaft Due to the solid shapes of such a crankshaft, it usually has a significant weight that it is not possible to reduce without affecting the geometry and dimensions of the outer forms of the crankshaft.
  • EP 1 767 288 has thus been proposed a hollow crankshaft obtained by molding.
  • FR 2 802 591 it has been proposed in FR 2 802 591 to produce a mechanically welded crankshaft consisting of a number of individual elements provided with cavities in their interior and assembled to each other. to form the crankshaft.
  • the individual elements are thus assembled by welds extending transversely to the axis of the crankshaft.
  • crankshafts consisting of individual welded elements
  • crankshaft obtained by casting, a metal tube being inserted into the mold to form a main channel extending axially while tubes connect this channel outside the crankshaft. Therefore, after casting, the crankshaft thus formed has a main channel of lubrication to the bearings and cranks through the tubes.
  • a manufacturing method only allows crankshafts overlap and in addition, during casting, it can occur deformations of the tube generating circulation difficulties in the lubrication circuit can then lead to poor performance of the crankshaft related to lower quality lubrication.
  • the present invention aims to propose a crankshaft "lightened” so to have a gain in mass while preserving within this lightweight crankshaft, a lubrication system that efficiently and optimally lubricates the bearings and crank pins.
  • the present invention relates to a so-called lightweight crankshaft, characterized in that it has a metal outer envelope surrounding a core made of a plastic material.
  • crankshaft since only the outer casing is metal while the inner portion of said crankshaft is made of a chosen plastic material lighter than metal, which allows a gain in mass while by offering the possibility of creating within said plastic material present in all sections of the part, a lubrication circuit thus making it possible to overcome the disadvantages of hollow crankshafts.
  • the outer casing made of a metal material may be forged steel, cast steel or cast iron.
  • the plastic material constituting the core is selected from plastics compatible in terms of thermal and chemical resistance with hot engine oil based: polyamide type (such as PA6, PA66, PA46, PA6-66 , ...), of polyphthalamide type (such as PA6T / 66, PA6T / 6I), of polybutylene terephthalate (PBT) type, copolyester or copolyether type.
  • polyamide type such as PA6, PA66, PA46, PA6-66 , ...)
  • polyphthalamide type such as PA6T / 66, PA6T / 6I
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the bi-material crankshaft thus produced may have a conventional internal lubrication circuit for lubricating the bearings and crank pins present on the crankshaft, a bore being formed to form a conduit between an adjacent bearing and an adjacent crankpin at the level of an arm connecting them, in a conventional way in itself.
  • the circuit thus consists of ducts connecting a bearing and a crankpin which respectively have a bore to the outside.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing a crankshaft according to the invention in which a hollow metal outer shell is formed, it is injected into the plastic material, said metal outer shell acting as mold cavity filling said material and maintaining the pressure until all cooling said plastic material.
  • the formation of the hollow metal outer casing can be carried out for example by welding two half-shells obtained by forging, for example by stamping. Any other method for producing such an outer envelope is also usable.
  • the cavity formed by said casing is completely filled by means of a conventional injection method, at the end of the filling and filling phases.
  • maintaining pressure during cooling of the plastic material machining operations are carried out to generate channels and passage holes for the oil, for example at an arm, a duct connecting a bearing and a crankpin which also has bores outward.
  • the pressure maintaining phase makes it possible to limit the size of the porosities associated with the removal of the material in the cavity of the hollow crankshaft during cooling.
  • crankshaft designed has a height of the overlap area too low to allow a good passage of the plastic material injected over the entire length of the crankshaft, it is then proposed to make a hole at each zone and to inject at the level of each zone the necessary quantity of plastic to fill the cavities.
  • This case is specific to a steel crankshaft made by welding 2 forged half-shells.
  • the cavity defined by the outer metal shell is filled using an injection process coupled to a foaming or expanding process of a plastic material.
  • a foaming or expansion process makes it possible to limit the amount of material constituting the heart of the crankshaft thus allowing additional bulk lightening, a limitation of the large porosities and a homogenization of the material health. Then, using machining operations, channels and passage holes for the oil are generated as already mentioned.
  • the cavity formed by the outer metal casing is filled using a gas-assisted and / or water-assisted plastic injection molding process.
  • a gas-assisted and / or water-assisted plastic injection molding process makes it possible to produce a hollow internal plastic body thus limiting the filling material, hence a gain in mass, but also making it possible to create a lubrication channel within the crankshaft thus produced. Then holes are drilled at the level of the bearings and cranks to come into communication with said channel and thus allow supplying said bearings and cranks with oil from the main channel passing through the crankshaft core.
  • the invention also relates to an engine equipped with such a crankshaft and a vehicle equipped with this engine.
  • Figure 1 shows a longitudinal sectional view of an outer crankshaft casing according to the invention
  • Figure 2 shows a longitudinal sectional view of a crankshaft according to a first embodiment
  • Figure 2a shows a partial longitudinal sectional view of a crankshaft having a low overlap area
  • Figures 3 and 4 respectively show a longitudinal sectional view of a crankshaft obtained after filling of the plastic material according to the third embodiment.
  • a crankshaft 1 according to the invention comprises a hollow metal outer shell 2 made for example by the assembly of two half-shells stamped and welded. These two half-shells can be made of steel "cast or forged” or cast iron. Then the metal hollow body 2 is optionally preheated and the cavity 3 thus defined is filled with plastic. Compared with the injection of a completely plastic part, the hollow metal crankshaft 2 here fulfills the role of impression of the filling mold, in this case that in this case the plastic part is not demolded.
  • the cavity 3 defined by the casing 2 is completely filled with plastic material from one end of the casing 2, the other being closed, and then the pressure is maintained until the plastic material cools.
  • This maintenance in pressure makes it possible to minimize the risks of porosities related to the withdrawal of the material.
  • the envelope 2 which may vary depending on the crankshaft 1 envisaged, there may be a risk of creating core porosities ( as can be seen on some plastic parts used in cars and with massive areas). However, this should not pose any functional problems.
  • crankshaft 1 bi-material "non-hollow” but lightened can then be drilled, so as to obtain a traditional lubrication circuit of the bearings and crank pins similar to a lubrication circuit of a conventional crankshaft (not shown in FIG. 2).
  • the plastic does not pose any particular difficulty at the time of machining because such a material is not hard.
  • crankshaft 1 designed has a height of the overlap zone R too low to allow a good passage of the plastic material injected over the entire length of the crankshaft 1 a (as in the previous example), the two half-shells 2 being in contact in this zone R, it is then proposed to make a hole 6 at each zone 7 to be filled with plastic material 4 and to inject at each of these zones 7 the necessary quantity of plastic material 4 to fill the cavities as can be seen in Figure 2a.
  • This case is specific to a steel crankshaft made by welding two forged half-shells.
  • the end portion of the shell 8 remains hollow without plastics inside.
  • the lubrication holes are then drilled as in the case of making a full crankshaft. Areas remaining hollow may exist, and will not be filled with plastic, because these areas are not crossed by any lubrication channel
  • the casing 2 'of the crankshaft 1' of Figure 4 is also a hollow metal shell, either forged steel, or cast steel, or cast iron.
  • the core 4 'of the crankshaft is filled with a plastic material compatible in terms of thermal and chemical resistance with hot engine oil, for example of the polyamide type (PA6, PA66, PA46, PA6-66, etc.), of the PPA polyphthalamide type. (PA6T / 66, PA6T / 6I, ...) or PBT type.
  • the heart of the core 4 'of plastic is hollow.
  • the metal hollow body 2 ' is optionally preheated and the cavity 3' thus defined is filled using a gas assisted injection process water.
  • the plastic is injected into the mold formed of the outer shell 2 ', then gas is injected in the center of one of the ends of the piece, and the injected gas creates a central duct 5' free of plastic, thus creating a channel 5 'of lubrication inside the crankshaft 1'.
  • Such a manufacturing method is applicable to crankshafts having a lap area between the crank pins and bearings, large enough to allow continuous filling with a hollow zone all along the piece.
  • crankshaft 1 ' can then be drilled (see Figure 4), so as to supply oil bearings and crankpins from the main channel 5' through the heart of the crankshaft '.
  • the plastic does not pose any particular difficulty when machining these small holes 6 '.
  • the density of the PA6 is, according to the grades, between 1040 and 1150 kg / m3 and the density of the PA66 is, according to the grades, between 1140 and 1150 kg / m3 whereas for comparison the density of the PA6 is a GS cast iron used on crankshafts is equal to 7200 kg / m3 and the density of the steel is 7850 kg / m3.
  • the density ratio between the melt and PA6 is equal to 7200/1 100 or 6.5 and that between steel and PA6 is equal to 7850/1 100 or 7.1. So we have a gain in mass of the crankshaft of about 10%.
  • crankshaft 1 being filled with plastic, they can not be filled by the lubricating oil and there is no new oil pump to provide.

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Abstract

L'invention concerne un vilebrequin (1 ) pour moteur à combustion interne, et consiste en ce que ledit vilebrequin (1 ) présente une enveloppe externe métallique (2) entourant une âme (4) constituée d'une matière plastique. Application aux vilebrequins pour moteur.

Description

Vilebrequin pour moteur à combustion interne
[0001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0957181 déposée le 14 Octobre 2009 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[ooo2] L'invention concerne un vilebrequin allégé pour moteur à combustion interne, un moteur et un véhicule équipé de ce vilebrequin ainsi que le procédé de fabrication d'un tel vilebrequin.
[ooo3] Les vilebrequins qui équipent les moteurs des véhicules actuels sont des pièces généralement fabriquées en une seule pièce par exemple forgées à la presse ou coulées. La matière utilisée telle que la fonte, l'acier est de ce fait présente dans toutes les sections de la pièce, ce qui nécessite de réaliser au cours des opérations d'usinage des orifices de passage pour l'huile qui permet de lubrifier les paliers et les manetons présents sur le vilebrequin. En fonction des motorisations plus ou moins sollicitées, les critères de tenue font choisir des vilebrequins soit en fonte soit en acier forgés.
[ooo4] Les vilebrequins sont des pièces soumises à des contraintes de flexion qui sont concentrées dans les gorges de raccordement (efforts des bielles), à des contraintes de torsion qui sollicitent principalement les milieux des tourillons et les orifices de graissage, à des contraintes de vibrations de torsion et de flexion ainsi qu'à des usures des paliers et manetons ou des matériaux antagonistes en relation avec la lubrification.
[ooo5] Du fait des formes pleines d'un tel vilebrequin, celui-ci présente généralement un poids important qu'il n'est pas possible de réduire sans toucher à la géométrie et aux dimensions des formes extérieures du vilebrequin.
[ooo6] De manière à réduire la masse d'un vilebrequin, on a proposé de supprimer de la matière dans le centre des manetons et des tourillons, la matière dans ces zones étant peu rentable en termes de rigidité et de tenue de la pièce.
[ooo7] Dans EP 1 767 288 a été ainsi proposé un vilebrequin creux obtenu par moulage. [0008] De manière à réduire le poids d'une telle pièce, on a proposé dans FR 2 802 591 de réaliser un vilebrequin mécanosoudé constitué d'un certain nombre d'éléments individuels pourvus de cavités en leur intérieur et assemblés les uns aux autres pour constituer le vilebrequin. Les éléments individuels sont ainsi assemblés par des soudures s'étendant transversalement à l'axe du vilebrequin.
[ooo9] Un procédé de fabrication relativement similaire a été proposé dans DE 1 95 36 349, les éléments individuels pourvus de cavité étant assemblés par soudage par friction.
[ooi o] Toutefois, malgré des avantages certains en termes de gain de masse du fait du caractère creux des vilebrequins ainsi réalisés, se pose alors un problème lié au circuit de lubrification comme d'ailleurs avec la plupart des vilebrequins creux proposés. Ainsi, le volume à l'intérieur d'un tel vilebrequin creux définit un volume pour le circuit de lubrification bien plus grand, rendant nécessaire l'utilisation d'une nouvelle pompe à huile pour pallier l'augmentation du volume d'huile. Par ailleurs, il est nécessaire de garantir un bon remplissage des zones creuses par l'huile afin de lubrifier correctement les paliers et manetons. En outre, on peut également avoir un problème de propreté ainsi qu'un risque de retard de montée en pression de l'huile au moment du démarrage du moteur.
[ooi i] En outre, pour les vilebrequins constitués d'éléments individuels soudés, il existe un risque au niveau de la tenue de la soudure et de la qualité.
[0012] On a proposé alors de réaliser un vilebrequin creux obtenu par coulée, un tube métallique étant inséré dans le moule pour former un canal principal s'étendant axialement tandis que des tubes relient ce canal à l'extérieur du vilebrequin. De ce fait, après coulée, le vilebrequin ainsi formé présente un canal principal de lubrification vers les paliers et manetons au travers des tubes. Toutefois, un tel procédé de fabrication ne permet de réaliser que des vilebrequins à recouvrement et en outre, lors de la coulée, il peut survenir des déformations du tube générant des difficultés de circulation dans le circuit de lubrification pouvant alors conduire à de mauvaises performances du vilebrequin liées à une lubrification de moindre qualité. [0013] Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de proposer un vilebrequin « allégé » donc permettant d'avoir un gain en masse tout en préservant au sein de ce vilebrequin allégé, un circuit de lubrification permettant de lubrifier de manière efficace et optimale les paliers et manetons.
[0014] A cet effet, la présente invention a pour objet un vilebrequin dit allégé, caractérisé en ce qu'il présente une enveloppe externe métallique entourant une âme constituée d'une matière plastique.
[0015] Ainsi de manière avantageuse, on propose un vilebrequin allégé puisque seule l'enveloppe externe est métallique tandis que la partie interne dudit vilebrequin est constituée d'une matière plastique choisie plus légère que du métal, ce qui permet un gain en masse tout en offrant la possibilité de créer au sein de ladite matière plastique présente dans toutes les sections de la pièce, un circuit de lubrification permettant ainsi de pallier les inconvénients des vilebrequins creux.
[0016] L'enveloppe externe constituée d'un matériau métallique peut être en acier forgé, en acier coulé ou en fonte.
[0017] La matière plastique constituant l'âme est choisie parmi des matières plastiques compatibles en termes de tenue thermique et chimique avec de l'huile de moteur chaude sur base : de type polyamide (tels que PA6, PA66, PA46, PA6-66, ...), de type polyphtalamide (tel que PA6T/66, PA6T/6I), de type polybutylène téréphtalate (PBT), de type copolyester ou copolyether.
[0018] De manière avantageuse, le vilebrequin bi-matière ainsi réalisé peut présenter un circuit de lubrification interne classique permettant de lubrifier les paliers et les manetons présents sur le vilebrequin, un perçage étant réalisé pour former un conduit entre un palier et un maneton adjacents au niveau d'un bras les reliant, de manière classique en soi. Le circuit est ainsi constitué de conduits reliant un palier et un maneton qui présentent respectivement un perçage vers l'extérieur.
[0019] La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un vilebrequin selon l'invention dans lequel on forme une enveloppe externe métallique creuse, on injecte dedans de la matière plastique, ladite enveloppe externe métallique jouant le rôle d'empreinte du moule de remplissage pour ladite matière et on maintient en pression l'ensemble jusqu'au refroidissement de ladite matière plastique.
[0020] La formation de l'enveloppe externe métallique creuse peut être réalisée par exemple par soudage de deux demi-coquilles obtenues par forgeage, par exemple par estampage. Tout autre procédé permettant de réaliser une telle enveloppe externe est également utilisable.
[0021 ] Selon un premier mode de réalisation, une fois l'enveloppe externe réalisée, on remplit complètement la cavité formée par ladite enveloppe à l'aide d'un procédé d'injection classique, à l'issue des phases de remplissage et de maintien en pression lors du refroidissement de la matière plastique, on réalise à l'aide d'opérations d'usinage pour générer des canaux et des orifices de passage pour l'huile, par exemple au niveau d'un bras, un conduit reliant un palier et un maneton qui présente également des perçages vers l'extérieur. La phase de maintien en pression permet de limiter la taille des porosités liées au retrait de la matière dans l'empreinte du vilebrequin creux lors du refroidissement.
[0022] Dans le cas où le vilebrequin conçu présente une hauteur de la zone de recouvrement trop faible pour permettre un bon passage de la matière plastique injectée sur toute la longueur du vilebrequin, on propose alors de réaliser un perçage au niveau de chaque zone et d'injecter au niveau de chaque zone la quantité nécessaire de plastique pour remplir les cavités. .Ce cas est spécifique à un vilebrequin en acier réalisé par soudage de 2 demi-coquilles forgées.
[0023] Selon un deuxième mode de réalisation, on remplit la cavité définie par l'enveloppe externe métallique à l'aide d'un procédé d'injection couplé à un procédé de moussage ou expansion d'une matière plastique. De manière avantageuse, un tel procédé de moussage ou expansion permet de limiter la quantité de matière constituant le cœur du vilebrequin permettant ainsi un allégement en masse supplémentaire, une limitation des porosités de taille importantes et une homogénéisation de la santé matière. Puis à l'aide d'opérations d'usinage, on génère des canaux et des orifices de passage pour l'huile comme déjà évoqué.
[0024] Selon un troisième mode de réalisation, on remplit la cavité formée par l'enveloppe métallique externe à l'aide d'un procédé d'injection plastique assistée par gaz et/ou assistée par eau. Un tel procédé permet de réaliser un corps en matière plastique interne creux limitant ainsi la matière de remplissage d'où un gain en masse, mais permettant également de créer un canal de lubrification à l'intérieur du vilebrequin ainsi réalisé. On perce ensuite des orifices au niveau des paliers et manetons pour venir en communication avec ledit canal et permettre ainsi l'alimentation en huile desdits paliers et manetons depuis le canal principal traversant le cœur du vilebrequin.
[0025] L'invention concerne aussi un moteur équipé d'un tel vilebrequin et un véhicule équipé de ce moteur.
[0026] On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence au dessin dans lequel :
[0027] La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une enveloppe externe de vilebrequin selon l'invention ;
[0028] La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'un vilebrequin selon un premier mode de réalisation ;
[0029] La figure 2a représente une vue en coupe longitudinale partielle d'un vilebrequin présentant une zone de recouvrement faible ;
[0030] Les figures 3 et 4 représentent respectivement une vue en coupe longitudinale d'un vilebrequin obtenu après remplissage de la matière plastique selon le troisième mode de réalisation.
[0031 ] Comme on peut le voir à la figure 1 , un vilebrequin 1 selon l'invention comporte une enveloppe externe métallique creuse 2 réalisée par exemple par l'assemblage de deux demi-coquilles estampées puis soudées. Ces deux demi-coquilles peuvent être en en acier « coulé ou forgé » ou en fonte. Puis le corps creux métallique 2 est éventuellement préalablement chauffé et la cavité 3 ainsi définie est remplie de matière plastique. Par comparaison avec l'injection d'une pièce totalement en matière plastique, le vilebrequin creux métallique 2 remplit ici le rôle d'empreinte du moule de remplissage, à ceci prêt que dans le cas présent on ne démoule pas la pièce plastique.
[0032] On utilise ensuite un procédé d'injection standard de matière plastique. Ainsi, on remplit complètement la cavité 3 définie par l'enveloppe 2 par de la matière plastique, depuis une extrémité de l'enveloppe 2, l'autre étant obturée, et ensuite on maintient en pression le temps que la matière plastique refroidisse. Ce maintien en pression permet de minimiser les risques de porosités liées au retrait de la matière. On forme ainsi l'âme 4 du vilebrequin 1 . [0033] En fonction de l'épaisseur de la cavité c'est-à-dire de l'enveloppe 2, qui peut varier en fonction du vilebrequin 1 envisagé, il peut y avoir un risque de voir se créer des porosités à cœur (comme on peut le constater sur certaines pièces plastiques utilisées en automobile et comportant des zones massives). Toutefois, cela ne devrait pas poser de problèmes fonctionnels.
[0034] La différence de dilatation entre les deux matières (métal et plastique) ne pose pas de problème, la seule conséquence étant le risque de voir s'infiltrer de l'huile entre les deux matières mais sans que cela ne nuise au fonctionnement de la pièce 1 ainsi réalisé.
[0035] Le vilebrequin 1 bi-matière « non creux » mais allégé peut alors être percé, de manière à obtenir un circuit de lubrification traditionnel des paliers et manetons similaire à un circuit de lubrification d'un vilebrequin classique (non représenté sur la figure 2). La matière plastique ne pose pas de difficulté particulière au moment de l'usinage car une telle matière n'est pas dure.
[0036] Dans le cas où le vilebrequin 1 a conçu présente une hauteur de la zone de recouvrement R trop faible pour permettre un bon passage de la matière plastique injectée sur toute la longueur du vilebrequin 1 a (comme dans l'exemple précédent), les deux demi-coquilles 2 étant en contact dans cette zone R, on propose alors de réaliser un perçage 6 au niveau de chaque zone 7 devant être remplie de matière plastique 4 et d'injecter au niveau de chacune de ces zones 7 la quantité nécessaire de matière plastique 4 pour remplir les cavités comme on peut le voir à la figure 2a. Ce cas est spécifique à un vilebrequin en acier réalisé par soudage de deux demi- coquilles forgées. De ce fait, la partie d'extrémité de la coquille 8 reste creuse sans matière plastique à l'intérieur. On perce ensuite les trous de lubrifications comme dans le cas de la réalisation d'un vilebrequin plein. Des zones restant creuses pourront exister, et seront non remplies de plastiques, car ces zones ne sont traversées par aucun canal de lubrification
[0037] L'enveloppe 2' du vilebrequin 1 ' de la figure 4 est également une enveloppe creuse métallique, soit en acier forgé, soit en acier coulé, soit encore en fonte. L'âme 4' du vilebrequin est remplie de matière plastique compatible en terme de tenue thermique et chimique avec l'huile moteur chaude par exemple du type Polyamide (PA6, PA66, PA46, PA6-66...), du type polyphthalamide PPA (PA6T/66, PA6T/6I, ...) ou du type PBT. En outre, comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, le cœur de l'âme 4' en matière plastique est creux. En effet, après réalisation de l'enveloppe 2' du vilebrequin 1 ', le corps creux métallique 2' est éventuellement préalablement chauffé puis la cavité 3' ainsi définie est remplie à l'aide d'un procédé d'injection assistée gaz ou assistée eau. Ainsi, on injecte le plastique dans le moule formé de l'enveloppe externe 2', puis on injecte du gaz au centre de l'une des extrémités de la pièce, puis le gaz injecté crée un conduit central 5' exempt de matière plastique, créant ainsi créer un canal 5' de lubrification à l'intérieur du vilebrequin 1 '.
[0038] Un tel procédé de fabrication est applicable aux vilebrequins ayant une zone de recouvrement entre les manetons et les paliers, suffisamment importante pour permettre un remplissage continu avec une zone creuse tout le long de la pièce.
[0039] Un tel vilebrequin 1 ' pourra ensuite être percé (cf figure 4), de manière à alimenter en huile les paliers et les manetons depuis le canal 5' principal traversant le cœur du vilebrequinl '. La matière plastique ne pose pas de difficulté particulière au moment de l'usinage de ces petits perçages 6'.
[0040] L'invention permet donc d'obtenir des vilebrequins allégés avec des gains de poids variant selon la matière plastique de remplissage utilisée. Ainsi, la densité du PA6 est, selon les grades, comprise entre 1040 et 1 150 kg/m3 et la densité du PA66 est, selon les grades, comprise entre 1 140 et 1 150 kg/m3 alors que pour comparaison la densité d'une fonte GS utilisée sur des vilebrequins est égale à 7200 kg/m3 et la densité de l'acier est de 7850 kg/m3. Le rapport de densité entre la fonte et le PA6 est égal à 7200/1 100, soit 6,5 et celui entre l'acier et le PA6 est égal à 7850/1 100 soit 7,1 . On a donc bien un gain en masse du vilebrequin d'environ 10%.
[0041 ] En outre, les zones creuses du vilebrequin 1 étant remplies de matière plastique, elles ne peuvent être remplies par l'huile de lubrification et il n'y a donc pas de nouvelle pompe à huile à prévoir.
[0042] De plus, on élimine l'incidence de l'évolution des zones creuses en fonction de l'usure des outillages d'estampage. Par ailleurs, il n'y a pas d'incidence d'équilibrage du vilebrequin en fonctionnement moteur du fait de l'absence d'huile dans les zones creuses ni même de risque de calamine résultant du soudage dans le circuit d'huile. [0043] On élimine ainsi le risque de retard de la montée en pression d'huile lors du démarrage moteur.

Claims

Revendications
1 . Vilebrequin (1 , 1 ') pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il présente une enveloppe externe métallique (2, 2') entourant une âme (4, 4') constituée d'une matière plastique.
2. Vilebrequin (1 , 1 ') selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'enveloppe externe (2, 2') est constituée d'un matériau métallique tel qu'acier forgé, acier coulé, fonte.
3. Vilebrequin (1 , 1 ') selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière plastique constituant l'âme (4, 4') est choisie parmi des matières plastiques compatibles en termes de tenue thermique et chimique avec de l'huile de moteur chaude sur base : de type polyamide tel que PA6, PA66, PA46, PA6-6, de type polyphtalamide tel que PA6T/66, PA6T/6I, de type polybutylène téréphtalate (PBT), de type copolyester ou copolyether.
4. Vilebrequin (1 ) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de lubrification constitué de conduits reliant un palier et un maneton qui présentent respectivement un perçage vers l'extérieur.
5. Vilebrequin (1 ') selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de lubrification comprenant un canal principal (5') s'étendant au travers de l'âme (4') en matière plastique du vilebrequin (1 '), des perçages (6') reliant le canal principal (5') à l'extérieur au niveau des paliers et manetons.
6. Procédé de fabrication d'un vilebrequin (1 , 1 '), caractérisé en ce qu'on forme une enveloppe externe métallique creuse (2, 2'), on injecte dedans de la matière plastique, ladite enveloppe externe métallique (2, 2') jouant le rôle d'empreinte de moule de remplissage pour ladite matière et on maintient en pression l'ensemble jusqu'au refroidissement de ladite matière plastique.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'enveloppe externe métallique creuse (2, 2') est réalisée par soudage de deux demi-coquilles obtenues par forgeage.
8. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'une fois l'enveloppe externe réalisée, on remplit complètement la cavité formée par ladite enveloppe à l'aide d'un procédé d'injection classique, à l'issue des phases de remplissage et de maintien en pression lors du refroidissement de la matière plastique, on réalise à l'aide d'opérations d'usinage des orifices de passage pour l'huile, tel qu'au niveau d'un bras, un conduit reliant un palier et un maneton qui présentent respectivement un perçage vers l'extérieur.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on réalise un perçage (6) au niveau de chaque zone (7) devant être remplie de matière plastique et on injecte au niveau de chacune de ces zones (7) la quantité nécessaire de matière plastique (4) pour remplir les cavités, à l'issue des phases de remplissage et de maintien en pression lors du refroidissement de la matière plastique, on réalise à l'aide d'opérations d'usinage des orifices de passage pour l'huile, tel qu'au niveau d'un bras, un conduit reliant un palier et un maneton qui présentent respectivement un perçage vers l'extérieur.
10. Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le procédé d'injection est couplé à un procédé de moussage ou expansion d'une matière plastique.
1 1 . Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'on remplit la cavité formée par l'enveloppe métallique externe (2') à l'aide d'un procédé d'injection assistée par gaz et/ou assistée par eau, permettant de réaliser une âme (4') en matière plastique interne creuse formant un canal de lubrification (5') à l'intérieur du vilebrequin (1 ') ainsi réalisé, on perce ensuite des orifices (6') au niveau des paliers et manetons pour venir en communication avec ledit canal (5').
12. Moteur équipé d'un vilebrequin selon l'une des revendications 1 à 5.
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