FR3038025A1 - BALANCING SHAFT MODULE OF A COMBUSTION ENGINE AND COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un module d'arbre d'équilibrage d'un moteur à combustion adapté à être monté sur l'extérieur d'un bloc-moteur, le module comportant au moins un arbre d'équilibrage (10, 10'), un boîtier de module (12) et un ensemble de palier pour maintenir l'arbre d'équilibrage (10, 10') de manière rotative sur le boîtier de module (12). Les inventeurs proposent que le boîtier de module (12) soit composé au moins partiellement de matière plastique (28).The invention relates to a balancing shaft module of a combustion engine adapted to be mounted on the outside of an engine block, the module comprising at least one balancing shaft (10, 10 '), a module housing (12) and a bearing assembly for maintaining the balancer shaft (10, 10 ') rotatably on the module housing (12). The inventors propose that the module housing (12) is composed at least partially of plastics material (28).
Description
3 802 5 201500150 1 Module d'arbre d'équilibrage d'un moteur à combustion et moteur à combustion. La présente invention concerne un module d'arbre d'équilibrage d'un 5 moteur à combustion et un moteur à combustion comprenant un tel module. Les moteurs à combustion (interne) sont bien connus. Ils comportent plusieurs arbres, y compris des arbres d'équilibrage, des arbres à came ou le vilebrequin du moteur. Les moteurs à combustion interne peuvent notamment comprendre des 10 systèmes d'équilibrage, qui permettent de compenser les vibrations du moteur dues au déplacement des pistons. Un moteur à combustion comprend parfois un seul arbre d'équilibrage, mais plus généralement deux arbres d'équilibrage entraînés en rotation en opposition de phase par une roue dentée du vilebrequin du moteur à combustion. Les arbres d'équilibrage comprennent généralement 15 au moins une masse excentrée, qui occasionne des charges radiales et axiales croissant avec la vitesse de rotation des arbres d'équilibrage. Les arbres d'équilibrage sont généralement montés dans des supports du moteur à combustion via des paliers lisses, des roulements à billes, à aiguilles ou à rouleaux. Il est connu notamment par le document US-A-2011/0247581 20 que l'on peut équiper les arbres d'équilibrage de roulements à une seule rangée de billes. Les arbres d'équilibrage sont souvent montés en proximité du vilebrequin ou de l'arbre à cames dans le carter ou dans la culasse du bloc-moteur. Le document DE 103 32 630 B4 propose un module d'arbre d'équilibrage 25 comportant des paliers et un couvercle adapté à être monté sur le carter du moteur. Le couvercle est fait de fonte grise, est assez lourd et produit un haut niveau sonore. C'est à ces inconvénients qu'entend remédier l'invention en proposant un module d'arbre d'équilibrage plus léger et plus flexible tout en réduisant le niveau 30 sonore. 3038025 201500150 2 À cet effet, l'invention concerne un module d'arbre d'équilibrage d'un moteur à combustion destiné à être monté sur l'extérieur d'un bloc-moteur, le module comportant un arbre d'équilibrage, un boîtier de module et un ensemble de palier pour maintenir l'arbre d'équilibrage de manière rotative sur le boîtier de module. Les inventeurs proposent que le boîtier de module soit composé au moins partiellement de matière plastique. Le module d'arbre d'équilibrage peut ainsi être réalisé avec un poids inférieur et d'une manière plus flexible. De plus, la matière plastique peut réduire le niveau sonore.3 802 5 201500150 1 Balance shaft module for a combustion engine and combustion engine. The present invention relates to a balancing shaft module of a combustion engine and a combustion engine comprising such a module. (Internal) combustion engines are well known. They have several shafts, including balance shafts, cam shafts, or the crankshaft of the engine. Internal combustion engines may include balance systems, which compensate for engine vibration due to piston movement. A combustion engine sometimes comprises a single balance shaft, but more generally two balance shafts rotated in phase opposition by a crankshaft gear of the combustion engine. The balance shafts generally comprise at least one eccentric mass, which causes radial and axial loads increasing with the speed of rotation of the balancing shafts. Balancer shafts are usually mounted in combustion engine mounts via plain bearings, ball bearings, needle bearings or roller bearings. It is known in particular from US-A-2011/0247581 20 that one can equip balancing shafts of single-row ball bearings. The balancer shafts are often mounted close to the crankshaft or camshaft in the crankcase or in the cylinder head of the engine block. DE 103 32 630 B4 proposes a balancer shaft module 25 comprising bearings and a cover adapted to be mounted on the motor housing. The lid is made of gray cast iron, is quite heavy and produces a high level of sound. It is these disadvantages that the invention intends to remedy by providing a lighter and more flexible balancer shaft module while reducing the sound level. To this end, the invention relates to a balancing shaft module of a combustion engine intended to be mounted on the outside of an engine block, the module comprising a balancing shaft, a module housing and a bearing assembly for rotatably holding the balance shaft on the module housing. The inventors propose that the module housing be composed at least partially of plastic material. The balancer shaft module can thus be made with a lower weight and in a more flexible manner. In addition, the plastic material can reduce the sound level.
Dans le cadre de cette description, le bloc-moteur est défini comme comportant le bloc-cylindres ou bloc de base, la culasse et le carter. Le module est une composante adaptée à être montée sur une de ces dernières composantes. Dans un mode de réalisation préféré, le carter comporte des logements de palier pour le montage des paliers de l'ensemble de palier, les logements étant réalisés comme des inserts métalliques. Ainsi, le boîtier de module peut être réalisé comme boîtier hybride comportant des inserts métalliques renforçant les parties soumises aux plus fortes contraintes. De plus, l'invention propose que le carter comporte des inserts métalliques comportant des trous ou alésages pour recevoir des moyens de fixation pour fixer le boîtier de module sur l'extérieur du bloc-moteur, par exemple des vis. Dans un mode de réalisation préféré de ce module, au moins un des inserts métalliques se présente sous la forme d'une traverse comportant des logements de palier ainsi que des trous pour recevoir des moyens de fixation pour fixer le boîtier de module sur l'extérieur du bloc-moteur. De préférence, les inserts métalliques sont surmoulés. On peut ainsi obtenir un ancrage fiable des inserts métalliques. La rigidité du boîtier peut être augmentée en utilisant une matière plastique avantageusement renforcée par des fibres ou un/des tissus de renfort 3038025 201500150 3 en matières appropriées telles que le verre, la céramique, le kevlar le carbone ou le lin. De plus, l'arbre d'équilibrage peut comporter une came pour déplacer un piston d'une pompe à huile. Dans ce cas, un roulement ou palier additionnel 5 peut être placé entre un balourd de l'arbre d'équilibrage et la came. Dans un mode de réalisation préféré, le module est adapté à être monté sur les côtés latéraux d'un bloc-cylindres du bloc-moteur. En outre, l'intérieur du module peut être lubrifié à l'huile moteur ou peut être sec, c'est-à-dire être adapté à être isolé de la chambre à huile du bloc-moteur, et l'ensemble de palier 10 peut comporter des paliers lubrifiés à vie. Dans un mode de réalisation préféré, au moins un des paliers de l'ensemble de palier est un palier à roulement. Les paliers lubrifiés à vie sont, en soi, bien connus et sont munis de deux flasques d'étanchéité contentant une réserve de lubrifiant dans la chambre de 15 roulement entre ces deux flasques d'étanchéité. Suite à de la lubrification à huile continue dans le bloc-moteur, l'utilisation de roulements lubrifiés à vie dans cet environnement lubrifié n'est pas du tout évidente. Les désavantages sont les coûts additionnels et le frottement additionnel des joints d'étanchéité et du lubrifiant de la réserve, en particulier lorsqu'il s'agit de la graisse. De préférence, 20 le lubrifiant est de la graisse. Cependant, ces désavantages sont, au moins dans certains cas, surcompensés par les avantages, notamment la possibilité d'éviter des canaux de lubrification pour les roulements et d'utiliser une pompe à huile plus économique. En conséquence, la taille totale du moteur peut être diminuée et son architecture devient plus flexible grâce à l'indépendance de l'huile moteur.In the context of this description, the engine block is defined as comprising the cylinder block or base block, the cylinder head and the housing. The module is a component adapted to be mounted on one of these latter components. In a preferred embodiment, the housing comprises bearing housings for mounting the bearings of the bearing assembly, the housings being made as metal inserts. Thus, the module housing can be made as a hybrid housing comprising metal inserts reinforcing the parts subjected to the highest stresses. In addition, the invention proposes that the housing comprises metal inserts having holes or bores for receiving fastening means for fixing the module housing on the outside of the engine block, for example screws. In a preferred embodiment of this module, at least one of the metal inserts is in the form of a cross member having bearing housings as well as holes for receiving fastening means for securing the module housing to the outside. of the engine block. Preferably, the metal inserts are overmolded. It is thus possible to obtain reliable anchoring of the metal inserts. The rigidity of the casing can be increased by using a plastic material advantageously reinforced by fibers or reinforcing fabrics of suitable materials such as glass, ceramics, Kevlar, carbon or linen. In addition, the balancer shaft may include a cam for moving a piston of an oil pump. In this case, an additional bearing or bearing 5 can be placed between an unbalance of the balance shaft and the cam. In a preferred embodiment, the module is adapted to be mounted on the lateral sides of a cylinder block of the engine block. In addition, the inside of the module can be lubricated with the engine oil or can be dry, that is to say be adapted to be isolated from the engine block oil chamber, and the bearing assembly 10 may have bearings lubricated for life. In a preferred embodiment, at least one of the bearings of the bearing assembly is a rolling bearing. Bearings lubricated for life are, in themselves, well known and are provided with two sealing flanges containing a reserve of lubricant in the rolling chamber between these two sealing flanges. Due to continuous oil lubrication in the engine block, the use of bearings lubricated for life in this lubricated environment is not at all obvious. The disadvantages are the additional costs and the additional friction of the seals and lubricant of the reserve, especially when it comes to grease. Preferably, the lubricant is grease. However, these disadvantages are, at least in some cases, outweighed by the benefits, including the possibility of avoiding lubrication channels for bearings and using a more economical oil pump. As a result, the total size of the engine can be decreased and its architecture becomes more flexible thanks to the independence of the engine oil.
25 De plus, la consommation d'énergie par l'arbre d'équilibrage suite à la projection d'huile par l'arbre à came peut être réduite. Finalement, la pollution de l'huile moteur est réduite. De préférence, le boîtier de module comporte des nervures de renforcement réalisés en la matière plastique.In addition, the energy consumption by the balancer shaft due to oil spraying by the camshaft can be reduced. Finally, the pollution of the engine oil is reduced. Preferably, the module housing has reinforcing ribs made of plastic.
3038025 201500150 4 De préférence, l'arbre est maintenu dans le module de manière à ce qu'une extrémité de l'arbre sorte du module et comporte des moyens pour entraîner l'arbre. Ces moyens peuvent être des roues dentées ou des poulies. Dans un mode de réalisation préféré de ce module, le module comporte 5 deux arbres d'équilibrage à direction de rotation opposée. Un autre aspect de l'invention concerne un moteur à combustion comportant un module d'arbre d'équilibrage comme décrit ci-dessus. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation, pris à titre d'exemples nullement 10 limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une illustration schématique d'un module d'arbre d'équilibrage selon l'invention ; - La figure 2 est une coupe schématique du module d'arbre d'équilibrage selon la figure 1; 15 - La figure 3 est une coupe schématique d'un module pour montage sur un carter d'un moteur à combustion selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et - la figure 4 est une vue en perspective du module selon le deuxième mode de réalisation de l'invention.Preferably, the shaft is held in the module so that one end of the shaft exits the module and comprises means for driving the shaft. These means may be toothed wheels or pulleys. In a preferred embodiment of this module, the module comprises two balancing shafts with opposite direction of rotation. Another aspect of the invention relates to a combustion engine having a balance shaft module as described above. The present invention will be better understood on studying the detailed description of some embodiments, taken by way of non-limiting examples and illustrated by the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic illustration of a module balancing shaft according to the invention; FIG. 2 is a diagrammatic section of the balancing shaft module according to FIG. 1; FIG. 3 is a diagrammatic section of a module for mounting on a casing of a combustion engine according to a second embodiment of the invention; and FIG. 4 is a perspective view of the module according to the second embodiment of the invention.
20 Les figures 1 et 2 sont des illustrations schématiques d'un module d'arbre d'équilibrage d'un moteur à combustion adapté à être monté sur l'extérieur d'un bloc-moteur 30. Le module comporte deux arbres d'équilibrage 10, 10', un boîtier de module 12 et un ensemble de palier pour maintenir les arbres d'équilibrage 10, 10' de manière rotative sur le boîtier de module 12.FIGS. 1 and 2 are schematic illustrations of a balancing shaft module of a combustion engine adapted to be mounted on the outside of an engine block 30. The module comprises two balancing shafts 10, 10 ', a module housing 12 and a bearing assembly for holding balancing shafts 10, 10' rotatably on the module housing 12.
25 Le boîtier de module 12 est composé partiellement d'un corps en matière plastique 12a et comporte des logements 12b de palier pour le montage des paliers 14a, 14b, 14c de l'ensemble de palier, les logements 12b étant réalisés comme des inserts métalliques 26 avec des parties creuses semi-circulaires adaptées à coopérer avec des parties creuses semi-circulaires du bâti du bloc- 30 moteur (non représenté) pour maintenir des paliers 14a, 14b, 14c.The module housing 12 is partially composed of a plastic body 12a and has bearing housings 12b for mounting the bearings 14a, 14b, 14c of the bearing assembly, the housings 12b being made as metal inserts. 26 with semicircular hollow portions adapted to cooperate with semicircular hollow portions of the motor block frame (not shown) for holding bearings 14a, 14b, 14c.
3038025 201500150 5 Dans la forme de réalisation selon les figures 1 et 2, les inserts métalliques 26 sont surmoulés par la matière plastique 28 et les inserts métalliques 26 se présentent chacun sous la forme d'une traverse comportant les logements 12b de palier ainsi que des trous ou alésages 18a, 18b, 18c, 18d 5 pour recevoir des vis de fixation pour fixer le boîtier de module 12 sur l'extérieur du bloc-moteur 30. Dans des autres modes de réalisation, des inserts sous forme d'entretoises peuvent être prévus pour recevoir des vis de fixation (non représentées). Le boîtier de module 12 est réalisé de manière très rigide en utilisant une 10 matière plastique 28. Cette matière plastique est avantageusement renforcée par des fibres ou un/des tissus de renfort en matières appropriées telles que le verre, la céramique, le kevlar le carbone ou le lin. L'ensemble de palier comporte les trois paliers 14a, 14b, 14c, 14a', 14b', 14c' par arbre pour maintenir les arbres 10, 10' de manière rotative dans le 15 boîtier de module 12. Avantageusement, les paliers 14a, 14b, 14c sont des paliers à roulement comportant chacun au moins une bague intérieure montée sur l'arbre 10, 10' et une bague extérieure supportée par le bloc-moteur et au moins une rangée d'éléments roulants dans une chambre de roulement entre les deux bagues de chacun des paliers à roulements.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the metal inserts 26 are overmolded by the plastic material 28 and the metal inserts 26 are each in the form of a cross-piece comprising the bearing housings 12b as well as holes or bores 18a, 18b, 18c, 18d to receive fastening screws for securing the module housing 12 to the outside of the engine block 30. In other embodiments, spacer inserts may be provided. provided to receive fastening screws (not shown). The module housing 12 is made very rigidly using a plastics material 28. This plastics material is advantageously reinforced with fibers or reinforcing fabric of suitable materials such as glass, ceramic, Kevlar and carbon. or flax. The bearing assembly comprises the three bearings 14a, 14b, 14c, 14a ', 14b', 14c 'per shaft for holding the shafts 10, 10' rotatably in the module housing 12. Advantageously, the bearings 14a, 14b, 14c are rolling bearings each comprising at least one inner ring mounted on the shaft 10, 10 'and an outer ring supported by the engine block and at least one row of rolling elements in a rolling chamber between the two rings of each of the rolling bearings.
20 Le moteur à combustion comprend un vilebrequin (non représenté) dont une extrémité est munie d'une roue dentée ou d'une poulie, entraînée par une chaîne, une courroie ou une autre roue dentée. Les arbres 10, 10' sont maintenus dans le boîtier de module 12 de manière à ce qu'une extrémité de l'arbre sorte du module et comporte une roue dentée 20, 20' pour entraîner 25 l'arbre 10, 10'. La roue dentée du vilebrequin est en prise avec une des roues dentées 20, 20' des arbres d'équilibrage 10, 10', qui est monté en libre rotation dans trois supports du boîtier de module 12. La rotation de l'arbre d'équilibrage 10 dans les supports est permise par les trois paliers 14a, 14b, 14c à double rangée 30 d'éléments roulants sur un premier côté de la roue dentée 20 à profil hélicoïdal. Chacun des paliers est un palier à roulement à double rangée de billes.The combustion engine comprises a crankshaft (not shown), one end of which is provided with a gear wheel or pulley, driven by a chain, belt or other gear. The shafts 10, 10 'are held in the module housing 12 so that one end of the shaft exits the module and has a toothed wheel 20, 20' for driving the shaft 10, 10 '. The crankshaft sprocket is engaged with one of the sprockets 20, 20 'of the balance shafts 10, 10', which is freely rotatably mounted in three supports of the module housing 12. The rotation of the shaft of Equilibration 10 in the supports is permitted by the three bearings 14a, 14b, 14c double row 30 rolling elements on a first side of the gear wheel 20 helical profile. Each of the bearings is a double row ball bearing.
3038025 201500150 6 L'arbre d'équilibrage 10, 10' comporte une masse excentrée ou balourd 42 qui permet d'obtenir la compensation désirée des vibrations dues au déplacement des pistons du moteur à combustion interne, qui ne sont pas représentés pour des raisons de clarté.The balancer shaft 10, 10 'comprises an eccentric or unbalanced mass 42 which makes it possible to obtain the desired compensation for the vibrations due to the displacement of the pistons of the internal combustion engine, which are not shown for reasons of clarity.
5 En pratique, le moteur à combustion comporte deux arbres d'équilibrage 10 et chacun de ces arbres d'équilibrage peut être monté libre en rotation en utilisant trois ou quatre paliers 14a, 14b, 14c, dont deux peuvent être placés sur les deux côtés du balourd 42. Les inserts métalliques portent des alésages 18a, 18b, 18c, 18d pour 10 monter le module sur une ouverture de la paroi du bâti du bloc-moteur 30 délimitant un espace lubrifié à l'huile du moteur à combustion. Comme le boîtier du module 12a est ouvert sur le côté du bloc-moteur, l'huile moteur va circuler dans le module 12. Malgré le fait que les paliers 14a, 14b, 14c sont montés en contact avec 15 un espace du moteur lubrifié à l'huile, par exemple dans l'espace du vilebrequin, les paliers 14a, 14b, 14c comportent des joints d'étanchéité 14a1, 14a2, 14b1, 14b2, 14c1, 14c2 et sont lubrifiés à vie. Les figures 3 - 4 montrent d'autres modes de réalisation de l'invention dont la description suivante se limite à des différences par rapport au premier 20 mode de réalisation décrit ci-dessus. Pour les aspects et détails restant inchangés, il est fait référence au premier mode de réalisation. La figure 3 est une coupe schématique d'un module 12 pour montage sur un carter d'un moteur à combustion comportant un ensemble de palier selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans le deuxième mode de 25 réalisation, le boîtier de module 12a est fermé et comporte aussi une paroi sur le côté destinée à être vissé sur le bâti du bloc-moteur. L'arbre 10 est maintenu par trois paliers 14a, 14b, 14c dont les paliers 14a et 14b sont des roulements à rouleaux cylindriques et le palier 14c est un roulement à billes.In practice, the combustion engine comprises two balancing shafts 10 and each of these balancing shafts can be rotatably mounted using three or four bearings 14a, 14b, 14c, two of which can be placed on both sides. 42. The metal inserts carry bores 18a, 18b, 18c, 18d for mounting the module on an opening in the wall of the engine block frame 30 defining an oil-lubricated space of the combustion engine. Since the module housing 12a is open on the side of the engine block, the engine oil will flow in the module 12. Despite the fact that the bearings 14a, 14b, 14c are mounted in contact with a space of the engine lubricated at the oil, for example in the space of the crankshaft, the bearings 14a, 14b, 14c comprise seals 14a1, 14a2, 14b1, 14b2, 14c1, 14c2 and are lubricated for life. Figures 3 - 4 show other embodiments of the invention, the following description of which is limited to differences from the first embodiment described above. For aspects and details remaining unchanged, reference is made to the first embodiment. Figure 3 is a schematic sectional view of a module 12 for mounting on a crankcase of a combustion engine comprising a bearing assembly according to a second embodiment of the invention. In the second embodiment, the module housing 12a is closed and also has a wall on the side to be screwed onto the frame of the engine block. The shaft 10 is held by three bearings 14a, 14b, 14c whose bearings 14a and 14b are cylindrical roller bearings and the bearing 14c is a ball bearing.
3038025 201500150 7 Un espace intérieur du module délimité par la paroi du bloc-moteur et les surfaces intérieures du module 12 accueillant les arbres 10, 10' est sec, c'est à dire sans lubrification à huile. La figure 4 est une vue en perspective du module selon le deuxième 5 mode de réalisation de l'invention. Dans les modes de réalisations de l'invention décrits précédemment, les paliers sont des paliers à roulement avec comme éléments roulants des rouleaux cylindriques ou des billes. D'autres éléments roulants peuvent être envisagés, comme par exemple des aiguilles, des rouleaux coniques ou des 10 rouleaux sphériques. Dans les modes de réalisations de l'invention décrits précédemment, la bague intérieure du palier est une pièce distincte de l'arbre sur lequel elle siège, et la bague extérieure du roulement est une pièce distincte du logement dans lequel elle est installée. Toutefois, la bague intérieure et/ou la bague extérieure 15 peut être formée de matière avec l'arbre et/ou le logement. Alternativement, tout ou partie des paliers peuvent être des paliers lisses c'est-à-dire sans élément roulant ou glissant interposés entre les bagues intérieure et extérieure du roulement. Tout ou partie des paliers sont de préférence des paliers radiaux, mais il 20 pourrait tout aussi bien s'agir de paliers axiaux ou à contacts obliques. Les caractéristiques techniques des modes de réalisation et variantes décrits ci-dessus dessus peuvent être combinées dans le cadre de la présente invention tel que défini dans les revendications.3038025 201500150 7 An interior space of the module defined by the wall of the engine block and the inner surfaces of the module 12 accommodating the shafts 10, 10 'is dry, that is to say without oil lubrication. Figure 4 is a perspective view of the module according to the second embodiment of the invention. In the embodiments of the invention described above, the bearings are rolling bearings with cylindrical rollers or balls as rolling elements. Other rolling elements may be envisaged, such as needles, conical rollers or spherical rollers. In the embodiments of the invention described above, the inner ring of the bearing is a separate part of the shaft on which it sits, and the outer ring of the bearing is a separate part of the housing in which it is installed. However, the inner ring and / or the outer ring 15 may be formed of material with the shaft and / or housing. Alternatively, all or part of the bearings may be plain bearings that is to say without rolling element or sliding interposed between the inner and outer rings of the bearing. All or some of the bearings are preferably radial bearings, but they could equally well be axial or oblique-contact bearings. The technical features of the embodiments and variants described above can be combined within the scope of the present invention as defined in the claims.
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