WO2012098319A1 - Vilebrequin et procede de fabrication de ce vilebrequin - Google Patents

Vilebrequin et procede de fabrication de ce vilebrequin Download PDF

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WO2012098319A1
WO2012098319A1 PCT/FR2012/050035 FR2012050035W WO2012098319A1 WO 2012098319 A1 WO2012098319 A1 WO 2012098319A1 FR 2012050035 W FR2012050035 W FR 2012050035W WO 2012098319 A1 WO2012098319 A1 WO 2012098319A1
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crankshaft
shaft
flyweight
mold
frame
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Franck Vincent
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Renault S.A.S.
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • 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
    • F16C3/08—Crankshafts made in one piece
    • 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
    • F16C3/20—Shape of crankshafts or eccentric-shafts having regard to balancing
    • 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
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/28—Counterweights, i.e. additional weights counterbalancing inertia forces induced by the reciprocating movement of masses in the system, e.g. of pistons attached to an engine crankshaft; Attaching or mounting same
    • F16F15/283—Counterweights, i.e. additional weights counterbalancing inertia forces induced by the reciprocating movement of masses in the system, e.g. of pistons attached to an engine crankshaft; Attaching or mounting same for engine crankshafts
    • 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
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/32—Correcting- or balancing-weights or equivalent means for balancing rotating bodies, e.g. vehicle wheels
    • F16F15/322—Correcting- or balancing-weights or equivalent means for balancing rotating bodies, e.g. vehicle wheels the rotating body being a shaft

Definitions

  • the present invention generally relates to internal combustion engines.
  • crankshaft It relates more particularly to a method of manufacturing a crankshaft.
  • crankshaft having a shaft provided with at least one unbalance.
  • An internal combustion engine conventionally comprises a crankshaft which rotates about a horizontal axis, pistons that slide in cylinders in reciprocating motions, and rods whose upper ends are connected to the pistons via of pivot connections and whose lower ends are connected to the crankshaft via pivot links.
  • the reciprocating movement of the pistons thus makes it possible to drive the crankshaft in rotation.
  • the motor is necessarily subjected to inertia forces, sources of annoying vibrations for the occupants of the motor vehicle and for the integrity of the engine. Part of these forces of inertia are induced by the rotation of the masses of the movable coupling (crankshaft and connecting rods).
  • the compromise usually used is to make the crankshaft in one piece by cast iron casting.
  • crankshafts of reduced dimensions by gluing or screwing flyweights of high densities on its imbalances, away from the axis of rotation of the crankshaft.
  • weights are particularly effective.
  • crankshafts are on the other hand expensive and difficult to implement on motors manufactured in large series.
  • the publication DE10137267 for example discloses a method for adding a mass of prismatic shape in a complementary recess in at least one imbalance.
  • the implementation is difficult and requires an operation of setting up the mass of prismatic form and bonding.
  • the publication FR 2720809 teaches a method of manufacturing a crankshaft with added additional mass in the end unbalances.
  • the additional mass added in the end unbalances is for the suppression of central unbalance balancing actions.
  • This publication does not teach a method of adding additional masses in said imbalances.
  • the present invention proposes an inexpensive, inexpensive crankshaft manufacturing process for motors manufactured in large series, and making it possible to obtain smaller crankshafts. More particularly, it is proposed according to the invention a method for manufacturing crankshafts, comprising the steps of:
  • a mold comprising at least a first and a second frame which together define, on the one hand, a main mold cavity of a crankshaft, and, on the other hand, a secondary impression which communicates with the main print
  • crank shaft or “shaft” means the assembly constituting a conventional crankshaft, which comprises crank pins, trunnions aligned on the same axis, flanges which bind the crank pins to the trunnions, and counterweights (or “unbalanced”).
  • crank shaft is molded on a portion of the flyweight (the one that protrudes inside the main cavity), which allows it to wrap this weight and maintain it effectively.
  • the method of manufacturing the crankshaft differs from a conventional manufacturing method in that it is expected to position a feeder in the mold before molding the shaft. This method therefore makes it possible to obtain a crankshaft that is less bulky than conventional crankshafts.
  • the invention also proposes a crankshaft comprising a shaft equipped with an unbalance, and at least one flyweight of higher density than that of the shaft, of which at least part is contained within the unbalance.
  • the weight has a solid portion located at a distance from the outer surface of the unbalance
  • the weight comprises an elongated portion of lower section than the solid portion, which extends from the solid portion to the outer surface of the unbalance;
  • the shaft is made of cast iron
  • the weight is made of a material whose expansion coefficient is less than or equal to that of the material of the tree.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the two frames of a mold for manufacturing a crankshaft according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a flyweight of a crankshaft according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of one of the two frames of Figure 1;
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of the crankshaft according to the invention, before deburring;
  • - Figure 5 is a schematic perspective view of one end of the crankshaft of Figure 4, after deburring;
  • FIG. 6 is a schematic sectional view along the plane A-A of FIG. 5.
  • FIG. 4 diagrammatically shows a crankshaft 100 of an internal combustion engine.
  • This internal combustion engine not shown in the figures, here comprises four cylinders each housing a piston.
  • Each piston is adapted to slide along the inner wall of this cylinder in a reciprocating rectilinear motion (or reciprocating movement).
  • Each piston has for this purpose a peripheral skirt which slides in the cylinder.
  • This skirt is transversely pierced with two openings for receiving an axis on which is rotatably mounted an upper end of a connecting rod.
  • the crankshaft 100 comprises a shaft 101 which defines four cranks 104 regularly spaced from each other, on which the lower ends of the rods can be rotatably mounted.
  • the reciprocating rectilinear movement of the pistons makes it possible to drive the crankshaft 100 in rotation.
  • crankshaft 100 is then said to have four crank pins 104 (the cranks) interposed between five journals 105. While the journals 105 are aligned along the same axis, called the engine axis A1, the crank pins 104 extend along parallel axes. and separate from the motor axis A1 (at a distance called crank radius). These crank pins 104 and pins 105 are connected to each other by flanges 103.
  • the journals 105 are adapted to be engaged in openings provided in correspondence in the crankcase of the engine, so as to form pivot connections for the crankshaft 100.
  • the shaft 101 of the crankshaft 100 further carries, opposite its crank pins 104, four counterweights 106 (also called imbalances) to reduce the vibrations (bending and / or torsion) due to motions of the movable hitch which includes the crankshaft, connecting rods and pistons.
  • These four counterweights 106 each have a thick disk arc shape. The surface which comprises the two substantially flat faces and the arcuate slice of this thick disk arc is then called the "external surface" of the unbalance.
  • This crankshaft 100 is made using a sand mold 200, such as that shown in FIG.
  • This mold 200 is here formed of two symmetrical parts, called first frame 210 and second frame 220, which, when they are connected to one another, together define a main impression 201 of molding of the shaft 101 of the crankshaft 100.
  • each frame 210, 220 here both have a parallelepiped shape.
  • each frame has two opposite main faces, including a flat outer face and an inner face intended to be attached against the inner face of the other frame of the mold 200.
  • Each frame 210, 220 of the mold 200 then has, recessed in its internal face, a portion 21 1, 221 of the main imprint 201.
  • At least one of the two frames 210, 220 also has a supply channel through which the molten metal is poured, and vents through which the air initially contained in the main imprint 201 is evacuated.
  • first and second frames 210, 220 of the mold 200 together define a secondary impression 202, which is distinct from the main imprint 201, which is situated in the extension of the imprint 206 of FIG. one of the imbalances 106, and which communicates with the main imprint 201.
  • Each frame 210, 220 of the mold 200 thus has, hollowed out in its internal face, a portion 212, 222 of this secondary imprint 202.
  • the portion 212 of the secondary impression 202 which is defined recessed in the inner face of the first frame 210 comprises a hemispherical cavity which is connected to the impress 206 of the unbalance 106 by a hemicylindrical channel.
  • the mold 200 is adapted to receive a counterweight 300 such as that represented in FIG.
  • This weight 300 has two sections 310, 320, including a first section 310 intended to be engaged inside the secondary impression 202 and a second section 320 provided to project inside the main imprint 210.
  • the first section 310 has a shape identical, in negative, to that of the secondary impression 202.
  • the second section 320 has meanwhile here a shape identical to that of the first section 310. It could of course be otherwise.
  • this flyweight 300 then has an altered shape, with two identical spheres 302, 303 connected together by a cylindrical rod 301.
  • the flyweight 300 is made of a material which has, firstly, a density strictly greater than that of the material used to mold the shaft 101, a second part, a melting temperature strictly greater than that of the material used. to mold the shaft 101, and, thirdly, a coefficient of expansion less than or equal to that used to mold the shaft 101, which relieves stress induced by the temperature increase of the engine in operation.
  • the manufacture of the crankshaft 100 using the mold 200 is then implemented as follows.
  • the operator installs the weight in the portion 212 of the secondary impression 202 which is defined in the first frame 210.
  • the first section 310 of the flyweight 300 is engaged in the secondary impression 202 and the second section 320 projects inside the main footprint 201.
  • This operation is facilitated by centering means (not shown) provided on the two frames, which allow to position the two parts 21 1, 221 of the main imprint 201 facing each other.
  • the two parts 212, 222 of the secondary impression 220 are also located opposite one another. They then delimit a spherical cavity which includes the sphere 302 of the feeder 300, and a cylindrical channel which surrounds the rod 301 of the feeder 300, which makes it possible to block any translation of the feeder 300 into the mold 200.
  • molten iron is injected by the feed channel into the main cavity 201 of the mold 200.
  • the air initially present in the main imprint 201 s then vent naturally through the vents.
  • the sand mold 200 is destroyed, which releases the crankshaft 100.
  • Burrs are then present at the joint plane of the shaft 101 (that is to say, the height where was the contact plane of the two frame mold).
  • the first section 310 of the feeder 300 is also projecting from the outer surface of the corresponding unbalance 106 of the shaft 101.
  • the second section 320 of the flyweight 300 is in turn included in the unbalance 106, which makes it possible to rigidly block the flyweight 300 on the shaft 101.
  • it is then planned to machine the crankshaft 100 so as to eliminate the burrs and cut the first section 310 of the flyweight 300.
  • crankshaft is raw and ready to be machined then to be balanced.
  • the shaft 101 is machined to remove material from it, so that the crankshaft 100 finally obtained is perfectly balanced.
  • crankshaft 100 is for this purpose placed on a balancing apparatus which determines its level of inertia and which deduces the positions of the areas of the shaft 101 to be pierced.
  • the zones to be drilled are chosen to be located at a distance from the counterweight 300.
  • the crankshaft 100 thus obtained then comprises a flyweight 300 of higher density than that of the shaft 101, which is entirely encompassed in the unbalance 106.
  • bypass is meant that the flyweight 300 is wrapped in the unbalance material 106, without any particular artifice, so that it is retained inside thereof. Here, only a minor portion of the outer surface of the flyweight 300 then protrudes outside the unbalance 106, which ensures the rigid blocking of the flyweight.
  • This flyweight 300 then has a solid part (the sphere 302) which is located inside the unbalance 106, and an elongate part (the rod 301), of smaller section than that of the solid part, which extends from the solid portion 302 to the outer surface of the unbalance 106.
  • crankshaft is equipped with two flyweights, respectively placed on its two end unbalances, or four weights, respectively placed on its four unbalances. More generally, the crankshaft can include as many flyweights as unbalance, regardless of the type of engine that may for example include two, four, six, eight, ten or twelve cylinders.
  • the weight has a shape different from that shown in the figures. Preferably then, it will retain a massive portion and an elongated portion, of smaller section than the solid part, so as to ensure the locking of the weight in the tree when it expands under the effect of the elevation of its temperature.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un vilebrequin (100), comportant des étapes consistant à : - se munir d'un moule comprenant au moins un premier et un second châssis qui définissent ensemble, d'une part, une empreinte principale de moulage d'un arbre (101) du vilebrequin, et, d'autre part, une empreinte secondaire qui communique avec l'empreinte principale, - engager une masselotte (300) dans la partie de l'empreinte secondaire définie par le premier châssis, de manière à ce que cette masselotte fasse saillie à l'intérieur de la partie de l'empreinte principale définie par le premier châssis, - refermer le moule en rapportant le second châssis sur le premier châssis de manière à bloquer en translation la masselotte dans le moule, - couler un matériau en fusion dans le moule, et - démouler le vilebrequin.

Description

VILEBREQUIN ET PROCEDE DE FABRICATION DE CE VILEBREQUIN
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale les moteurs à combustion interne.
Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication d'un vilebrequin.
Elle concerne également un vilebrequin comportant un arbre muni d'au moins un balourd.
Elle concerne aussi un moteur à combustion interne équipé d'un tel vilebrequin.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Un moteur à combustion interne comporte classiquement un vilebrequin qui tourne autour d'un axe horizontal, des pistons qui coulissent dans des cylindres suivant des mouvements de va-et-vient, et des bielles dont les extrémités hautes sont reliées aux pistons par l'intermédiaire de liaisons pivots et dont les extrémités basses sont reliées au vilebrequin par l'intermédiaire de liaisons pivots. Le mouvement de va-et-vient des pistons permet ainsi d'entraîner en rotation le vilebrequin.
Avec une telle architecture, le moteur est nécessairement soumis à des forces d'inerties, sources de vibrations gênantes pour les occupants du véhicule automobile et pour l'intégrité du moteur. Une partie de ces forces d'inertie sont induites par la rotation des masses de l'attelage mobile (vilebrequin et bielles) .
Il est connu d'équilibrer ces forces d'inertie en prévoyant des contrepoids sur le vilebrequin, à l'opposé des bielles. Ces contrepoids sont appelés « balourds ».
La conception de ces balourds doit répondre à différentes exigences. Ces balourds doivent tout d'abord être correctement positionnés par rapport aux bielles, pour compenser au mieux lesdites forces d'inertie. Ils doivent être peu encombrants, de manière à optimiser la compacité du moteur. Ils doivent permettre aux films d'huile, présents au niveau des liaisons entre le vilebrequin et le carter cylindre du moteur, de présenter une épaisseur suffisante en tout point pour correctement lubrifier ces liaisons. Ils doivent enfin permettre de réduire le bruit généré par le moteur.
Le compromis généralement utilisé consiste à réaliser le vilebrequin d'une seule pièce par moulage en fonte.
Cette solution, choisie pour le coût réduit de la fonte, ne permet toutefois pas d'obtenir des résultats optimaux en termes d'encombrement.
Il est alors connu, pour les moteurs de compétition, de réaliser des vilebrequins de dimensions réduites, en collant ou vissant des masselottes de densités élevées sur ses balourds, à distance de l'axe de rotation du vilebrequin.
L'utilisation de telles masselottes s'avère particulièrement efficace.
La fabrication de tels vilebrequins est en revanche onéreuse et difficile à mettre en œuvre sur des moteurs fabriqués en grande série.
La publication DE10137267 divulgue par exemple un procédé pour ajouter une masse de forme prismatique dans un évidement complémentaire dans au moins un balourd. La mise en œuvre est difficile et nécessite une opération de mise en place de la masse de forme prismatique et de collage.
La publication US 2005/0266260 divulgue un procédé de moulage de vilebrequin avec incorporation de composants de densité différente à différentes phases du moulage. Le moulage comporte au moins deux phases de moulage pour incorporer des composants de densité différente.
La publication FR 2720809 enseigne un procédé de fabrication de vilebrequin avec adjonction de masse supplémentaire dans les balourds d'extrémité. La masse supplémentaire ajoutée dans les balourds d'extrémité a pour objet la suppression des actions d'équilibrage des balourds centraux. Cette publication n'enseigne pas de procédé d'ajout des masses supplémentaires dans lesdits balourds.
OBJET DE L'INVENTION
La présente invention propose alors un procédé de fabrication de vilebrequins peu onéreux, industrialisable pour des moteurs fabriqués en grande série, et permettant d'obtenir des vilebrequins moins encombrants. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un procédé de fabrication de vilebrequins, comportant des étapes consistant à :
- se munir d'un moule comprenant au moins un premier et un second châssis qui définissent ensemble, d'une part, une empreinte principale de moulage d'un arbre du vilebrequin, et, d'autre part, une empreinte secondaire qui communique avec l'empreinte principale,
- engager une masselotte dans la partie de l'empreinte secondaire définie par le premier châssis, de manière à ce que cette masselotte fasse saillie à l'intérieur de la partie de l'empreinte principale définie par le premier châssis,
- refermer le moule en rapportant le second châssis sur le premier châssis de manière à bloquer en translation la masselotte dans le moule,
- couler un matériau en fusion dans le moule, et
- démouler le vilebrequin.
Dans la suite du document, on entendra par « arbre du vilebrequin » ou « arbre » l'ensemble constitutif d'un vilebrequin classique, qui comprend des manetons, des tourillons alignés sur un même axe, des flasques qui lient les manetons aux tourillons, et des contrepoids (ou « balourds »).
Ainsi, grâce à l'invention, l'arbre du vilebrequin est moulé sur une partie de la masselotte (celle qui fait saillie à l'intérieur de l'empreinte principale), ce qui lui permet d'envelopper cette masselotte et de la maintenir efficacement.
Le procédé de fabrication du vilebrequin diffère donc d'un procédé de fabrication classique en ce qu'il est prévu de positionner une masselotte dans le moule avant de mouler l'arbre. Ce procédé permet donc d'obtenir un vilebrequin moins encombrant que les vilebrequins classiques.
D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de fabrication conforme à l'invention sont les suivantes :
- après l'étape de démoulage, il est prévu de couper la partie de la masselotte qui fait saillie hors de l'arbre ; - après l'étape de démoulage, il est prévu une étape supplémentaire d'ébavurage de l'ensemble du vilebrequin au cours de laquelle on coupe la partie de la masselotte qui fait saillie hors de l'arbre ;
- il est prévu une étape d'équilibrage du vilebrequin au cours de laquelle l'arbre est usiné à distance de la masselotte.
L'invention propose également un vilebrequin comportant un arbre équipé d'un balourd, et au moins une masselotte de densité supérieure à celle de l'arbre, dont une partie au moins est contenue à l'intérieur du balourd.
D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du vilebrequin conforme à l'invention sont les suivantes :
- la masselotte comporte une partie massive située à distance de la surface externe du balourd ;
- la masselotte comporte une partie allongée, de section inférieure à celle de la partie massive, qui s'étend depuis la partie massive jusqu'à la surface externe du balourd ;
- l'arbre est réalisé en fonte ;
- la masselotte est réalisée dans un matériau dont le coefficient de dilatation est inférieur ou égal à celui du matériau de l'arbre.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective des deux châssis d'un moule de fabrication d'un vilebrequin selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une masselotte d'un vilebrequin selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue schématique en perspective de l'un des deux châssis de la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue schématique en perspective du vilebrequin selon l'invention, avant ébavurage ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective d'une extrémité du vilebrequin de la figure 4, après ébavurage ; et
- la figure 6 est une vue schématique en coupe selon le plan A-A de la figure 5.
Sur la figure 4, on a représenté schématiquement un vilebrequin 100 d'un moteur à combustion interne.
Ce moteur à combustion interne, non représenté sur les figures, comporte ici quatre cylindres qui logent chacun un piston.
Chaque piston est adapté à coulisser le long de la paroi interne de ce cylindre selon un mouvement rectiligne alternatif (ou mouvement de va-et- vient).
Chaque piston présente à cet effet une jupe périphérique qui coulisse dans le cylindre. Cette jupe est percée transversalement de deux ouvertures d'accueil d'un axe sur lequel est montée à rotation une extrémité haute d'une bielle.
Comme le montre la figue 4, le vilebrequin 100 comporte pour sa part un arbre 101 qui définit quatre manivelles 104 régulièrement espacées les unes des autres, sur lesquelles les extrémités basses des bielles peuvent être montées à rotation. Ainsi, le mouvement rectiligne alternatif des pistons permet d'entraîner le vilebrequin 100 en rotation.
On dit alors du vilebrequin 100 qu'il comporte quatre manetons 104 (les manivelles) interposés entre cinq tourillons 105. Alors que les tourillons 105 sont alignés suivant un même axe, appelé axe moteur A1 , les manetons 104 s'étendent selon des axes parallèles et distincts de l'axe moteur A1 (à une distance appelée rayon de manivelle). Ces manetons 104 et tourillons 105 sont liés les uns aux autres par des flasques 103.
Les tourillons 105 sont adaptés à être engagés dans des ouvertures prévues en correspondance dans le carter-cylindres du moteur, de manière à former des liaisons pivot pour le vilebrequin 100.
L'arbre 101 du vilebrequin 100 porte en outre, à l'opposé de ses manetons 104, quatre contrepoids 106 (également appelés balourds) permettant de réduire les vibrations (en flexion et/ou en torsion) dues aux mouvements de l'attelage mobile qui comprend le vilebrequin, les bielles et les pistons. Ces quatre contrepoids 106 présentent chacun une forme d'arc de disque épais. On appelle alors « surface externe » du balourd la surface qui comprend les deux faces sensiblement planes et la tranche en arc-de-cercle de cet arc de disque épais.
Ce vilebrequin 100 est réalisé à l'aide d'un moule 200 en sable, tel que celui représenté sur la figure 1 .
Ce moule 200 est ici formé de deux parties symétriques, appelées premier châssis 210 et second châssis 220, qui, lorsqu'elles sont rapportées l'une sur l'autre, définissent ensemble une empreinte principale 201 de moulage de l'arbre 101 du vilebrequin 100.
Ces premier et second châssis 210, 220 présentent ici tous deux une forme parallélépipédique. Ainsi, chaque châssis présente deux faces principales opposées, dont une face externe plane et une face interne destinée à être rapportée contre la face interne de l'autre châssis du moule 200.
Chaque châssis 210, 220 du moule 200 présente alors, en creux dans sa face interne, une partie 21 1 , 221 de l'empreinte principale 201 .
L'un au moins des deux châssis 210, 220 présente par ailleurs un canal d'alimentation par lequel est versé le métal en fusion, et des évents par lesquels est évacué l'air initialement contenu dans l'empreinte principale 201 .
Comme le montre plus précisément la figure 3, on distingue plusieurs zones sur la partie de l'empreinte principale 201 qui est définie en creux dans le premier châssis 210 du moule 200. On distingue en particulier les empreintes 203 des flasques 103, les empreintes 204 des manetons 104, les empreintes 205 des tourillons 105 et les empreintes 206 des balourds 106.
Sur la figure 1 , on observe par ailleurs que les premier et second châssis 210, 220 du moule 200 définissent ensemble une empreinte secondaire 202, qui est distincte de l'empreinte principale 201 , qui est située dans le prolongement de l'empreinte 206 de l'un des balourds 106, et qui communique avec l'empreinte principale 201 .
Chaque châssis 210, 220 du moule 200 présente ainsi, en creux dans sa face interne, une partie 212, 222 de cette empreinte secondaire 202. Comme le montre mieux la figure 3, la partie 212 de l'empreinte secondaire 202 qui est définie en creux dans la face interne du premier châssis 210 comporte une cavité hémisphérique qui est reliée à l'empreinte 206 du balourd 106 par un canal hémicylindrique.
Grâce aux deux parties 212, 222 de cette empreinte secondaire 202, le moule 200 est adapté à accueillir une masselotte 300 telle que celle représentée sur la figure 2.
Cette masselotte 300 présente deux tronçons 310, 320, dont un premier tronçon 310 prévu pour être engagé à l'intérieur de l'empreinte secondaire 202 et un second tronçon 320 prévu pour faire saillie à l'intérieur de l'empreinte principale 210.
Le premier tronçon 310 présente une forme identique, en négatif, à celle de l'empreinte secondaire 202.
Le second tronçon 320 présente quant à lui ici une forme identique à celle du premier tronçon 310. Il pourrait bien entendu en être autrement.
Telle que représenté sur la figure 2, cette masselotte 300 présente alors une forme d'altéré, avec deux sphères 302, 303 identiques reliées ensemble par une tige 301 cylindrique.
La masselotte 300 est réalisée dans un matériau qui présente, d'une première part, une densité strictement supérieure à celle du matériau utilisé pour mouler l'arbre 101 , d'une seconde part, une température de fusion strictement supérieure à celle du matériau utilisé pour mouler l'arbre 101 , et, d'une troisième part, un coefficient de dilatation inférieur ou égal à celui utilisé pour mouler l'arbre 101 , ce qui affranchit de contraintes induites par l'augmentation de température du moteur en fonctionnement.
Elle est ici réalisée d'une seule pièce en tungstène alors que l'arbre 101 est réalisé d'une seule pièce par moulage en fonte. Elle présente ainsi une densité de 19,25 kg/dm3, strictement supérieure à celle de la fonte (7,2 kg/dm3), et une température de fusion de 3400°C, strictement supérieure à celle de la fonte (1200°C).
La fabrication du vilebrequin 100 à l'aide du moule 200 est alors mise en œuvre de la manière suivante. Au cours d'une première opération de préparation, comme le montre la figure 3, l'opérateur installe la masselotte dans la partie 212 de l'empreinte secondaire 202 qui est définie en creux dans le premier châssis 210. Ainsi installé, le premier tronçon 310 de la masselotte 300 est engagé dans l'empreinte secondaire 202 et le second tronçon 320 fait saillie à l'intérieur de l'empreinte principale 201 .
L'opérateur referme alors le moule 200 en rapportant le second châssis 220 sur le premier châssis 210. Cette opération est facilitée par des moyens de centrage (non représentés) prévus sur les deux châssis, qui permettent de positionner les deux parties 21 1 , 221 de l'empreinte principale 201 en regard l'une de l'autre.
Dans cette position, les deux parties 212, 222 de l'empreinte secondaire 220 sont également situées en regard l'une de l'autre. Elles délimitent alors une cavité sphérique qui englobe la sphère 302 de la masselotte 300, et un canal cylindrique qui entoure la tige 301 de la masselotte 300, ce qui permet de bloquer toute translation de la masselotte 300 dans le moule 200.
Au cours d'une seconde opération de moulage, de la fonte en fusion est injectée par le canal d'alimentation dans l'empreinte principale 201 du moule 200. Lors de cette opération, l'air initialement présent dans l'empreinte principale 201 s'évacue alors naturellement par les évents.
Au cours d'une troisième opération de démoulage, le moule 200 en sable est détruit, ce qui libère le vilebrequin 100.
Des bavures, non représentées sur les figures, sont alors présentes au niveau du plan de joint de l'arbre 101 (c'est-à-dire à la hauteur où se trouvait le plan de contact des deux châssis du moule).
Comme le montre la figure 4, le premier tronçon 310 de la masselotte 300 fait par ailleurs saillie de la surface externe du balourd 106 correspondant de l'arbre 101 .
Le second tronçon 320 de la masselotte 300 est quant à lui englobé dans le balourd 106, ce qui permet de bloquer rigidement la masselotte 300 sur l'arbre 101 . Au cours d'une quatrième opération dite d'ébavurage, il est alors prévu d'usiner le vilebrequin 100 de manière à supprimer les bavures et à couper le premier tronçon 310 de la masselotte 300.
Comme le montrent les figures 5 et 6, seul le second tronçon 320 de la masselotte 300 reste alors sur le vilebrequin 100.
A l'issue de cette opération, le vilebrequin est brut et prêt à être usiné puis à être équilibré.
Alors, au cours d'une ultime opération dite d'équilibrage, l'arbre 101 est usiné pour lui enlever de la matière, de manière à ce que le vilebrequin 100 finalement obtenu soit parfaitement équilibré.
Le vilebrequin 100 est à cet effet placé sur un appareil d'équilibrage qui détermine son niveau d'inertie et qui en déduit les positions des zones de l'arbre 101 à percer.
Lors de cette opération, les zones à percer sont choisies pour être situées à distance de la masselotte 300.
Le vilebrequin 100 ainsi obtenu comporte alors une masselotte 300 de densité supérieure à celle de l'arbre 101 , qui est entièrement englobée dans le balourd 106.
Par « englober », on entend que la masselotte 300 est enveloppée dans la matière du balourd 106, sans artifice particulier, de telle manière qu'elle est retenue à l'intérieur de celui-ci. Ici, seule une partie mineure de la surface externe de la masselotte 300 fait alors saillie à l'extérieur du balourd 106, ce qui assure le blocage rigide de cette masselotte.
Cette masselotte 300 présente alors une partie massive (la sphère 302) qui est située à l'intérieur du balourd 106, et une partie allongée (la tige 301 ), de section inférieure à celle de la partie massive, qui s'étend depuis la partie massive 302 jusqu'à la surface externe du balourd 106.
La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
On pourra en particulier prévoir que le vilebrequin soit équipé de deux masselottes, respectivement placées sur ses deux balourds d'extrémité, ou de quatre masselottes, respectivement placées sur ses quatre balourds. De façon plus générale, le vilebrequin pourra comprendre autant de masselottes que de balourds, quel que soit le type du moteur qui pourra par exemple comporter deux, quatre, six, huit, dix ou douze cylindres.
On pourra aussi prévoir que la masselotte présente une forme différente de celle représentée sur les figures. Préférentiellement alors, elle conservera une partie massive et une partie allongée, de section inférieure à celle de la partie massive, de manière à assurer le blocage de la masselotte dans l'arbre lorsque celui-ci se dilate sous l'effet de l'élévation de sa température.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'un vilebrequin (100), comportant des étapes consistant à :
- se munir d'un moule (200) comprenant au moins un premier et un second châssis (210, 220) qui définissent ensemble, d'une part, une empreinte principale (201 ) de moulage d'un arbre (101 ) du vilebrequin (100), et, d'autre part, une empreinte secondaire (202) qui communique avec l'empreinte principale (201 ),
- engager une masselotte (300) en forme d'haltère dans la partie (212) de l'empreinte secondaire (202) définie par le premier châssis (210), de manière à ce qu'une partie (320) de cette masselotte (300) fasse saillie à l'intérieur de la partie (21 1 ) de l'empreinte principale (201 ) définie par le premier châssis (210),
- refermer le moule (200) en rapportant le second châssis (220) sur le premier châssis (210) de manière à bloquer en translation la masselotte (300) dans le moule (200),
- couler un matériau en fusion dans le moule (200), et
- démouler le vilebrequin (100).
2. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel, après l'étape de démoulage, il est prévu de couper la partie (310) de la masselotte (300) qui fait saillie hors de l'arbre (101 ).
3. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, comportant, après l'étape de démoulage, une étape supplémentaire d'ébavurage de l'ensemble du vilebrequin (100), au cours de laquelle on coupe la partie (310) de la masselotte (300) qui fait saillie hors de l'arbre (101 ).
4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, comportant une étape d'équilibrage du vilebrequin (100) au cours de laquelle l'arbre (101 ) est usiné à distance de la masselotte (300).
5. Vilebrequin (100) comportant un arbre (101 ) qui comprend au moins un balourd (106), et au moins une masselotte (300), de densité supérieure à celle de l'arbre (101 ), caractérisé en ce que la masselotte (300) est englobée dans le balourd (106) et présente une forme de demi-haltère, avec une partie massive (302) sphérique située à distance de la surface externe du balourd (106), et une partie allongée (301 ) en forme de tige de section inférieure à celle de la partie massive (302), qui s'étend depuis la partie massive (302) jusqu'à la surface externe du balourd (106).
6. Vilebrequin (100) selon la revendication 5, dans lequel l'arbre (101 ) est réalisé en fonte.
7. Vilebrequin (100) selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel la masselotte (300) est réalisée dans un matériau dont le coefficient de dilatation est inférieur ou égal à celui du matériau de l'arbre (101 ).
8. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte un vilebrequin (100) selon l'une des revendications 5 à 7.
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