FR3002995A1

FR3002995A1 - Agencement de palier pour un arbre, en particulier dans une unite de soupape, unite de soupape equipee d'un tel agencement de palier et procede pour sa fabrication

Info

Publication number: FR3002995A1
Application number: FR1451877A
Authority: FR
Inventors: Sven Lehecka; Sebastian Gundlach
Original assignee: KOHLHAGE AUTOMOTIVE & CO KG GmbH
Current assignee: KOHLHAGE AUTOMOTIVE & CO KG GmbH
Priority date: 2013-03-10
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-09-12
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: DE102014003133A1; DE112014001210A5; WO2014139497A1; DE102013013387A1; FR3002995B1

Abstract

L'invention concerne un agencement de palier pour un arbre au moyen d'au moins un point d'appui, en particulier dans une unité de soupape pour véhicule automobile, avec une partie de tube et un arbre de soupape supporté sur la partie de tube, et un corps de soupape fixé sur celui-ci, comme une plaque de soupape, dans lequel l'arbre de soupape peut être mis en rotation par un moyen d'actionnement, ainsi qu'une unité de soupape équipée d'un tel agencement de palier et un procédé pour fabriquer une telle unité de soupape.

Description

L'invention se rapporte d'une manière tout à fait générale à un agencement de palier pour un arbre, elle n'est donc pas limitée au cas d'application décrit ci-dessous à titre d'exemple et revendiqué, bien qu'elle y soit applicable de façon particulièrement avantageuse, notamment par l'exemple d'une unité de soupape pour un véhicule automobile. L'invention concerne en outre un procédé pour former un tel agencement de palier.

Une telle unité de soupape peut en l'occurrence se composer d'une partie de tube et présenter un arbre de soupape, qui est supporté par au moins un point d'appui prévu sur la partie de tube. Un corps de soupape, comme une plaque de soupape, est fixé sur l'arbre de soupape et l'arbre de soupape peut tourner ou pivoter à l'aide d'un moyen d'actionnement. De tels dispositifs sont utilisés dans les véhicules automobiles, en particulier dans le système de canaux d'admission ou de gaz d'échappe- ment, et dans ce dernier cas, il est utilisé par exemple en relation avec la coupure des cylindres, le recyclage des gaz d'échappement, avec des catalyseurs de gaz d'échappement ou pour influen- cer les bruits produits par la combustion ou les gaz d'échappement. Comme moyen d'actionnement, on emploie des commandes par câble, des bielles articulées ou des moteurs, comme des moteurs électriques. Dans ce dernier cas, de tels moteurs peuvent être fixés sur la partie de tube et former avec l'unité de soupape une unité pré-montée. L'arbre de soupape peut en l'occurrence, généralement avec inter- position d'un embrayage, tourner ou pivoter, soit directement avec l'arbre de sortie du moteur soit indirectement par l'arbre de sortie d'une boîte de vitesses installée en aval du moteur, et ainsi le débit du moyen d'écoulement correspondant peut être commandé. L'agencement de palier de l'arbre de soupape peut en l'occurrence être "volant", donc être réalisé au moyen d'un seul point d'appui, dans lequel il est alors prévu sur le tuyau des gaz d'échappement, pour le passage de l'arbre de soupape, un coussinet assemblé de façon étanche à la partie de tube, dans lequel est logée une douille de palier lisse pour le support de l'arbre de soupape. Un tel mode de réalisation est pré- senté par exemple dans le document DE 195 26 143. Dans des dispositifs, qui ont été divulgués par le document DE 10 2009 052 423, le clapet d'échappement est en outre monté dans une gorge conique dans la région opposée à la douille de palier à l'intérieur du tuyau de gaz d'échappement. Le point d'appui et d'étanchéité unique est réalisé de façon relativement coûteuse. Des agencements de palier plus exacts pour l'arbre de soupape ou de clapet d'échappement sont cependant obtenus au moyen de deux points d'appui avec deux paliers lisses pour l'arbre de soupape, comme cela est connu par exemple par les documents DE 20 2008 005 992 Ul et DE 10 2006 048 713 Al, qui nécessitent cependant deux ouvertures dans les parois du tuyau de gaz d'échappement et dès lors deux joints d'étanchéité. Dans le document DE 20 2008 005 992 Ul, un point d'appui est réalisé comme joint d'étanchéité, qui présente par ailleurs encore des moyens de ressort et est dès lors coûteux. L'autre point d'appui est entouré par un boîtier de palier séparé, qui est assemblé de façon étanche au gaz à la partie de tube. Le document DE 10 2006 048 713 Al présente deux paliers ou joints d'étanchéité à ressort. De tels points d'appui et d'étanchéité sont très coûteux en raison de leur constitution auto-réglable. Plus les exigences sont sévères en matière d'étanchéité, de durée de vie et de résistance à la température, ou plus de tels changements de température se produisent fortement et rapidement, plus les dépenses pour les points d'appui sont importantes et onéreuses et dès lors coûteuses, ici en particulier pour les matériaux à employer et la précision des ajustements entre l'arbre et les paliers lisses, et pour la configuration des joints d'étanchéité. Le but de la présente invention est de configurer l'agencement de palier pour des arbres ou des axes, par exemple pour des unités de soupape pour des véhicules automobiles, et dès lors de telles unités de soupape, qui se distinguent par une fabrication économique et simple, une étanchéité élevée entre l'arbre et le palier lisse, une longue durée de vie et une fabrication économique. En outre, le montage doit être simplifié et moins cher. Ce but est atteint selon la présente invention par la représentation d'un palier lisse entre l'arbre et le coussinet contenant la douille de palier lisse, la douille de palier lisse étant déformée au moins élastiquement. En l'occurrence, il peut être intéressant et suffisant pour de nombreux cas d'application, en particulier en relation avec une configuration d'une unité de soupape pour des véhicules automobiles, comme dans des clapets d'échappement, que la douille de palier ne soit déformée qu'élasti- quement par l'application d'une force axiale sur la douille de palier lisse et éventuellement le maintien d'une pression minimale. Déjà par un élargissement radial du palier qui en résulte radialement vers l'intérieur en direction de l'arbre et radialement vers l'extérieur en direc- tion du coussinet, on peut procurer un agencement de palier avec une étanchéité suffisante par le choix d'un matériau de palier convenant à cet effet.

Dans d'autres cas, il peut aussi s'avérer avantageux de prévoir un agencement de palier, dans lequel la douille de palier est déformée OU estampée de façon permanente, notamment dans le sens d'une déformation plastique. En d'autres termes, il se produit ici un changement ciblé de la douille de palier à une autre géométrie, au-delà de la limite d'élasticité du matériau employé, mais à l'intérieur de la capacité de changement de forme et avant qu'il survienne une rupture par cisaillement ou séparation. Cela peut être réalisé de façon particulièrement simple en introduisant la douille de palier dans le coussinet et l'arbre dans la douille de palier - ou le palier et l'arbre ensemble dans le coussinet - et en réalisant la déformation plastique de la douille de palier à l'intérieur du coussinet. Ceci peut être réalisé de façon simple par l'appli- cation d'une pression ciblée sur le coussinet en direction axiale et/ou par le déplacement par exemple d'un poinçon de pression sur une distance axiale déterminée, le taux de déformation devant être déterminé par la capacité de changement de forme de la douille de palier, les différences à combler entre les diamètres ou les volumes entre le coussinet, la douille de palier et l'arbre, l'étanchéité nécessaire de l'agencement de palier, donc la fuite admissible lors de l'utilisation d'un tel agencement de palier ou joint d'étan- chéité, par exemple dans une unité de soupape pour véhicule automobile, comme un clapet d'échappement, la souplesse ou la dureté nécessaire du dispositif. Il peut en l'occurrence être avantageux que la douille soit déformée plastique- ment entre 40 et 80 %, de préférence entre 55 et 70 %, et de préférence encore entre 58 et 65 % de sa capacité de changement de forme. Il s'est avéré avantageux, pour une telle douille de palier, d'en utiliser une qui contient au moins du matériau poreux, en particulier un matériau de palier poreux, comme du graphite, en particulier du graphite tendre, pour lequel il s'est avéré particulièrement avantageux d'adapter au corps de graphite dans une certaine mesure un corset, afin de conférer aux composants par nature tendres une certaine tenue ou une certaine stabilité de forme. À cet effet, un insert ou un soutien en un treillis convient particulièrement bien, pour lequel il peut aussi être prévu un tissu, un non-tissé ou une structure analogue, par exemple en fil - ou autrement - le matériau de palier peut aussi être introduit dans une telle structure. Le graphite de forme par nature ins- table est ainsi amené dans une forme constante et ce corps composé peut, comme on l'a décrit plus haut, être déformé plastiquement et maintenir cette déformation par l'insert ou le soutien. En l'occurrence, il sera avantageux dans la plus grande majorité des cas d'opérer la déformation de façon ciblée en fonction de la course et de la pression à l'intérieur de limites telles qu'une destruction, une désagrégation ou un effritement de la structure de graphite soit évité(e). Bien qu'une telle unité de soupape avec un agencement de palier avec fonction d'étanchéité formé de cette façon par déformation plastique du palier - ou joint d'étanchéité avec fonction de palier - apporte déjà, par une configuration avec uniquement un point d'appui pour l'arbre de soupape, des avantages importants par rapport aux dispositifs connus jusqu'à présent, ce type d'unités avec deux points d'appui, dont au moins un est réalisé selon l'invention, apporte encore d'autres avantages par rapport à des unités comparables connues par l'état de la technique, en particulier un montage plus simple lorsque, selon une autre caractéristique de l'invention, le point d'appui présentant le palier estampé est prévu sur le côté de l'unité de soupape tourné vers le moyen d'actionnement. Dans ce cas, l'autre point d'appui peut être formé par un palier lisse - qui reprend aussi l'appui axial de l'arbre - et qui est rendu étanche, après l'introduction de l'arbre par le bas, donc depuis le côté situé à l'opposé de l'actionnement - avant ou après la formation de l'agencement de palier déformé - par soudage ou brasage d'étanchéité ou analogue ou au moyen d'un capuchon d'étanchéité. Ceci peut être avantageux pour des modes de réalisation, dans lesquels l'arbre est tiré ou pressé par des ressorts en direction du moyen d'actionnement. D'autre part, le point d'appui formé par déformation peut cependant aussi assurer en plus la fonction d'un palier axial, dans lequel l'arbre poussé avec un épaulement, un bourrelet ou analogue en direction du moyen d'actionnement peut s'appuyer contre une zone de bord ou un bourreler de la douille de palier dans la région intérieure de l'unité de soupape. L'arbre peut cependant aussi s'appuyer axialement dans la région extérieure de l'unité de soupape, par le fait que l'arbre, muni à cet endroit d'une rondelle ou analogue, peut être poussé élastiquement contre la région de bord du palier lisse. Dans certains cas, il est également avantageux que le palier lisse soit formé en déformant la douille de palier au-delà de la limite d'élasti- cité, donc en détruisant encore davantage la forme géométrique, comme cela est décrit plus haut. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un agencement de palier selon l'une quelconque des revendications et des unités ou des ensembles équipés de celui-ci, dans lesquels la forme géométrique du corps de palier est modifiée dans un logement et en présence d'un arbre, défor- mée de façon permanente, donc déformée plastiquement, en particulier écrouie à froid ou déformée plastiquement à froid ou même détruite. L'invention sera expliquée plus en détail en 5 faisant référence aux Figures 1 à 3, dans lesquelles La Fig. 1 montre l'invention en relation avec un clapet d'échappement, vue en élévation ; La Fig. 2 représente le clapet d'échappement 10 en coupe suivant la ligne II-II ; La Fig. 3 montre un détail agrandi III de la Figure 2 avant la réalisation du point d'appui selon l'invention. Le clapet d'échappement A est représenté sous 15 la forme d'une unité préfabriquée, avec un tuyau de gaz d'échappement 1, qui est introduit, par exemple soudé, dans un système de gaz d'échappement. Des points d'appui inférieur et supérieur 2, 3 avec des coussinets de palier 2a, 3a et des 20 éléments de palier 4, 5 logés dans ceux-ci servent à supporter l'arbre de clapet 6. Les deux coussinets sont assemblés, par exemple soudés, au tuyau 1 de façon étanche au gaz. L'élément de palier 4 du point d'appui infé- 25 rieur 2a est un palier lisse avec une fonction de palier axial, pour laquelle l'arbre 6 s'appuie par un bourrelet 6a contre la face frontale inférieure du palier 4, notamment sous l'action d'une force de ressort axiale.

Le point d'appui inférieur est fermé de façon étanche au gaz vers l'extérieur au moyen d'un couvercle 7. Une console 8, qui est soudée au tube 1 au moyen de branches en U sert en même temps qu'une tôle de maintien 9 fixée sur celle-ci pour le soutien du moyen d'actionnement B, ici une commande par câble. Un ressort hélicoïdal 10 prend appui d'une part par une extrémité 10a sur une extension 9a dirigée vers le haut de la tôle de maintien 9 et d'autre part par son autre extrémité 10b sur une extension 12a dirigée vers le bas d'une rondelle inférieure 12. La rondelle 12, qui est solidaire en rotation de l'arbre 6, forme avec une rondelle 13, sur laquelle elle est fixée, la poulie à câble pour l'âme de la commande à câble B. Le ressort 10 est configuré de telle manière qu'il maintienne le clapet fixé sur l'arbre 6 dans une position ouverte, lorsque la commande à câble est libérée de manière correspondante par un moteur d'entraînement. Dans cette position, le ressort déplace l'extension 12b de la rondelle 12 contre l'extension 9b agissant comme butée de la tôle de maintien 9. Le ressort 10, un ressort de pression, exerce par la rondelle 12, l'arbre 6 et le bourrelet 6a prévu sur celui-ci une précontrainte axiale sur la face frontale de l'élément de palier 4. La position ouverte du panneau 11, donc la position de repos, est représentée aussi bien dans la Figure 1 que dans la Figure 2, dans une position fortement marquée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le panneau 11 est ici plus plat par rapport au tuyau 2, donc il est de forme elliptique. Il présente une configuration s'écartant de la forme usuellement circulaire, dans le présent exemple de réalisation donc avec le grand demi-axe disposé horizontalement. Un tel mode de réalisation est particulièrement - mais pas exclusivement - avantageux en relation avec des entraînements de clapet, qui sont auto- bloquants et dans lesquels, lorsqu'aucune énergie n'est nécessaire pour le réglage, l'apport d'énergie est coupé afin d'économiser de l'énergie. En l'occurrence, des moteurs d'entraînement peuvent être par nature auto-bloquants, par exemple freinés ou bloqués ou analogue, ou il peut être prévu un ensemble placé en aval du moteur d'entraînement, comme une boîte de vitesses avec auto-blocage, comme un entraînement à vis sans fin, dans le chemin de transmission de force. De tels entraînements présentent cependant l'inconvé- nient qu'en cas de coupure de courant, si le panneau se trouve justement en position fermée, celui-ci ne peut pas être déplacé de cette position, et le moteur à combustion interne s'arrête de façon incontrôlée. Ceci peut également se produire, lorsque avec le panneau fermé - qui subit bien sûr une dilatation thermique plus rapide et plus forte que le tuyau de gaz d'échappement, parce qu'il se trouve directement dans le courant de gaz chauds - il se produit un refroi- dissement brusque du tuyau de gaz d'échappement, par exemple par l'action de projections d'eau et il survient dès lors un grippage du panneau en particulier dans les motocyclettes, avec des conséquences catastrophiques.

Dans la Figure 1, on peut voir que le panneau 11 - représenté en traits mixtes dans la position fermée lia - est de forme plus plate par rapport au tube 1, au moins approximativement elliptique, avec son petit demi-axe dans la direction de l'axe 6, de telle manière qu'ici aussi, en cas de panne des actionneurs, un débit minimal ou une fuite ciblée soit encore garanti(e). Il est apparu qu'une fuite minimale pouvant atteindre 30 % pouvait être intéressante, elle se situe avanta- geusement entre 20 et 30 %, et de préférence encore entre 20 et 25 %. Cet effet peut cependant aussi être obtenu lorsque le tube et/ou le clapet ont une forme s'écartant de la forme circulaire et qu'il est prévu entre eux une fuite minimale ciblée, qui se situe (clairement) au-dessus de la fente résultant des tolérances de fabrication usuelles. En l'occurrence, au moins dans les modes de réalisa- tion dans lesquels il peut se produire un grippage du clapet en raison de refroidissements brusques du tuyau de gaz d'échappement lorsque le clapet est thermiquement dilaté, il est intéressant de réaliser la fente entre le tube et le clapet suffisamment grande dans les régions du panneau qui sont proches de l'arbre ou de l'axe. L'appui du clapet sur le tube dans la position fermée de la soupape peut être réalisé par la butée de celui-ci sur au moins une région plus éloignée de l'arbre. La configuration du point d'appui 3 sera expliquée plus en détail en relation avec la Figure 3, qui montre un détail III de la Figure 2.

Après l'introduction de l'arbre 6 avec le palier lisse 4 par le bas à travers le coussinet de palier 2a et avec sa région supérieure à travers le coussinet de palier 3a et l'introduction du corps de palier 5 représenté en traits interrompus, qui est placé de façon relativement libre entre l'arbre 6 et le coussinet 3a, celui-ci est estampé par l'application d'une force prédéterminée F, par exemple au moyen d'un poinçon annuaire, jusqu'à ce qu'il atteigne la forme ombrée en gris 5a, et qu'il se soit produit un refoulement plastique du matériau et que l'élément de palier 5 s'applique de façon étanche aussi bien sur l'arbre 6 que sur la douille 3a et que l'arbre 6 soit également supporté. Le taux de déformation plastique est également déterminé par, en plus de la pression à appliquer, la course axiale dont la douille de palier est estampée par le poinçon, qui doivent tous les deux être pris en considération pour garantir une déformation permanente suffisante du corps de palier ici en graphite tendre et renforcé par un treillis de fils, sans compromettre la tenue du corps de palier.

Claims

REVENDICATIONS1. Agencement de palier pour un arbre au moyen d'au moins un point d'appui, en particulier dans une unité de soupape pour véhicule automobile avec une partie de tube et un arbre de soupape supporté sur la partie de tube et un corps de soupape fixé sur celui-ci, comme une plaque de soupape, dans lequel l'arbre de soupape peut être mis en rotation par un moyen d'actionnement, caractérisé en ce que le point d'appui est formé au moyen d'un logement de palier prévu sur la partie de tube, comme un coussinet et une douille de palier logée entre ce dernier et l'arbre et déformée au moins élastiquement.
2. Unité de soupape, en particulier selon la revendication 1, caractérisée en ce que la douille de palier est déformée plastiquement.
3. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier y est déformée plastiquement après l'insertion entre le coussinet et l'arbre.
4. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille est déformée plastiquement aussi bien radialement vers l'extérieur en direction du coussinet que radialement vers l'intérieur en direction de l'arbre.
5. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisée en ce que la douille de palier est déformée plastiquement en appliquant une pression dans la direction de l'axe de celle-ci.
6. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier est déformée de façon permanente à l'intérieur de sa capacité de changement de forme.
7. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier est déformée plastiquement entre 40 à 80 % de sa capacité de changement de forme.
8. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier est déformée plastiquement entre 55 et 70 %, de préférence centre 58 et 65 % de sa capacité de changement de forme.
9. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier représente en même temps le joint d'étanchéité entre la partie de tube et l'arbre.
10. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier est composée d'un métal poreux.
11. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier est composée d'un matériau de palier poreux.
12. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier contient au moins du graphite.
13. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier est composée de graphite tendre.
14. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la douille de palier com- porte un corset.
15. Unité de soupape, en particulier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corset est un treillis de fils noyé dans le matériau de palier.
16. Unité de soupape pour un véhicule automobile avec une partie de tube et un arbre de soupape supporté sur celle-ci par deux points d'appui et un corps de soupape fixé sur celui-ci, comme une plaque de soupape, dans lequel l'arbre de soupape peut être mis en rotation par un moyen d'actionnement, les points d'appui sont formés respectivement au moyen d'un logement de palier sous la forme d'un coussinet fixé à la partie de tube, qui forment chacun un palier lisse et dontau moins celui qui est tourné vers le moyen d'actionnement contient une douille de palier, qui y est déformée plastiquement.
17. Unité de soupape, en particulier selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'arbre de soupape est introduit dans les points d'appui par le côté situé à l'opposé du moyen d'actionnement.
18. Unité de soupape, en particulier selon la revendication 17, caractérisée en ce que le point d'appui situé à l'opposé du point d'appui avec la douille de palier déformée est fermé de façon étanche au gaz.
19. Procédé pour former un palier lisse pour un arbre au moyen d'une douille de palier logée dans un coussinet, caractérisé en ce que l'on déforme plastiquement la douille de palier après l'insertion de celle-ci entre le coussinet et l'arbre.
20. Procédé pour former un palier lisse pour un arbre, en particulier selon la revendication 19, caractérisé en ce que la douille de palier est déformée plastiquement entre 40 à 80 %, de préférence entre 55 et 70 %, et de préférence encore entre 58 et 65 % de sa capacité de changement de forme.