FR3143694A1 - SHAFT SYSTEM INCLUDING A SINTERED METAL DRIVE GEAR CLAMPED TO A SHAFT - Google Patents
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Abstract
Système d’arbre comportant un pignon d’entraînement (16) travaillant dans l’huile, réalisé dans un alliage métallique formé par compression d’une poudre métallique puis frittage en température, qui est serré sur un arbre (2) pour réaliser un entraînement de manière synchronisée, le pignon d’entraînement (16) comportant une aimantation permanente. Figure 1.Shaft system comprising a drive pinion (16) working in oil, made of a metal alloy formed by compression of a metal powder then sintering at temperature, which is clamped on a shaft (2) to provide drive in a synchronized manner, the drive pinion (16) comprising permanent magnetization. Figure 1.
Description
La présente invention concerne un système d’arbre comprenant un pignon d’entraînement en métal fritté serré sur un arbre, un vilebrequin de moteur thermique formant un tel système d’arbre, et un véhicule automobile équipé d’un moteur thermique comportant ce type de vilebrequin.The present invention relates to a shaft system comprising a sintered metal drive pinion clamped on a shaft, a heat engine crankshaft forming such a shaft system, and a motor vehicle equipped with a heat engine comprising this type of crankshaft.
Un type de vilebrequin de moteur thermique connu, présenté notamment par le document FR-A1-2893369, comporte à une extrémité un pignon de distribution prévu pour entraîner par une chaîne travaillant dans l’huile du moteur, un arbre à cames de commande des soupapes disposées dans la culasse de ce moteur.A type of known heat engine crankshaft, presented in particular by document FR-A1-2893369, comprises at one end a distribution pinion designed to drive, by a chain working in the engine oil, a valve control camshaft arranged in the cylinder head of this engine.
L’extrémité du vilebrequin forme un nez recevant le pignon à chaîne disposé dans un carter fermant le système de distribution, puis un manchon d’étanchéité qui reçoit sur son contour extérieur un joint à lèvre fixé dans le carter. Une vis axiale accessible de l’extérieur, serre successivement une poulie avant prévue pour entraîner par une courroie des accessoires du moteur thermique, le manchon d’étanchéité, puis le pignon à chaîne pour bloquer le tout et le rendre solidaire en rotation du vilebrequin.The end of the crankshaft forms a nose receiving the chain pinion placed in a casing closing the distribution system, then a sealing sleeve which receives on its outer contour a lip seal fixed in the casing. An axial screw, accessible from the outside, successively tightens a front pulley designed to drive the thermal engine accessories by a belt, the sealing sleeve, then the chain pinion to block everything and make it integral in rotation with the crankshaft.
La rotation de l’arbre à cames devant être synchronisée avec celle du vilebrequin, on prévoit généralement une encoche sur le nez de vilebrequin recevant une clavette ajustée dans une rainure du pignon ou une languette liée à ce pignon, pour fixer son calage angulaire.Since the rotation of the camshaft must be synchronized with that of the crankshaft, a notch is generally provided on the crankshaft nose receiving a key fitted in a groove of the pinion or a tongue linked to this pinion, to fix its angular timing.
Le pignon de distribution à chaîne est réalisé par un procédé de frittage de poudres métalliques comportant l’élaboration d’un mélange de poudres de métal et de différents additifs suivant l’alliage métallique que l’on veut obtenir, puis le compactage avec une très forte pression dans un moule suivant une unique direction, afin de lui donner sa forme géométrique finale avec une bonne précision.The chain distribution sprocket is produced by a metal powder sintering process comprising the preparation of a mixture of metal powders and different additives depending on the metal alloy that we want to obtain, then compacting with a very strong pressure in a mold in a single direction, in order to give it its final geometric shape with good precision.
On réalise ensuite l’opération de frittage avec un cycle thermique comprenant un chauffage à une température inférieure au point de fusion du métal de base, de manière à provoquer la soudure de particules de poudre entre elles et la diffusion des éléments d’alliage par un mécanisme de diffusion à l’état solide.The sintering operation is then carried out with a thermal cycle comprising heating to a temperature below the melting point of the base metal, so as to cause the powder particles to weld together and the alloy elements to diffuse by a solid-state diffusion mechanism.
On peut avoir ensuite différentes opérations de finition comme des traitements thermiques, comprenant en particulier une oxydation de surface à la vapeur d’eau, en chauffant la pièce dans un four puis en introduisant de la vapeur d’eau. Ce procédé forme en surface un oxyde de fer dur et adhérent, permettant de refermer des porosités de surface de la pièce, qui résout des problèmes d’usure et d’étanchéité. On peut à la fin sur certaines surfaces nécessitant une géométrie très précise, réaliser des usinages de finition qui donnent cette géométrie.We can then have different finishing operations such as heat treatments, including in particular surface oxidation with water vapor, by heating the part in an oven then introducing water vapor. This process forms a hard and adherent iron oxide on the surface, making it possible to close the surface porosities of the part, which resolves wear and sealing problems. At the end, on certain surfaces requiring very precise geometry, we can carry out finishing machining which gives this geometry.
Toutefois on peut obtenir une migration de l’huile présentant une température élevée, supérieure à 90°C, dans le pignon d’entraînement de la distribution par les porosités du métal fritté, qui finit par réduire le coefficient d’adhérence de ce pignon sur le vilebrequin. Par ailleurs on peut avoir pour l’entraînement de la distribution un couple un peu plus élevé, en particulier sur les moteurs neufs qui ne sont pas entièrement rodés. De plus le pignon de distribution peut être relié à un pignon d’entraînement d’accessoires, par exemple serré axialement sur un pignon d’entraînement d’une pompe à huile, qui ajoute un couple résistant.However, it is possible to obtain a migration of the oil having a high temperature, greater than 90°C, in the distribution drive pinion by the porosities of the sintered metal, which ends up reducing the coefficient of adhesion of this pinion on the crankshaft. Furthermore, we can have a slightly higher torque for the distribution drive, in particular on new engines which are not completely broken in. In addition, the distribution pinion can be connected to an accessory drive pinion, for example clamped axially on a drive pinion of an oil pump, which adds a resistant torque.
Sur certains moteurs thermiques on peut constater un léger glissement du pignon d’entraînement de la distribution sur le vilebrequin, avec une rupture de la clavette ou de la languette engagée dans une rainure de ce vilebrequin. On obtient des problèmes de désynchronisation de la distribution du moteur thermique qui génère une panne, et peut entraîner en cas de décalage trop important une casse de ce moteur.On certain thermal engines, a slight slippage of the distribution drive pinion on the crankshaft can be observed, with a breakage of the key or the tongue engaged in a groove of this crankshaft. We obtain problems of desynchronization of the distribution of the heat engine which generates a breakdown, and can lead, in the event of too great an offset, to breakage of this engine.
D’une manière générale ce montage d’un pignon d’entraînement formé en métal fritté, serré sur un arbre pour réaliser une synchronisation, peut se trouver sur d’autres types de machine avec des problèmes similaires de glissement.Generally speaking, this assembly of a drive pinion formed from sintered metal, clamped on a shaft to achieve synchronization, can be found on other types of machine with similar slippage problems.
La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur.The present invention aims in particular to avoid these problems of the prior art.
Elle propose à cet effet un système d’arbre comportant un pignon d’entraînement travaillant dans l’huile, réalisé dans un alliage métallique formé par compression d’une poudre métallique puis frittage en température, qui est serré sur un arbre pour réaliser un entraînement de manière synchronisée, ce système d’arbre étant remarquable en ce que le pignon d’entraînement comporte une aimantation permanente.For this purpose, it proposes a shaft system comprising a drive pinion working in oil, made from a metal alloy formed by compression of a metal powder then sintering at temperature, which is tightened on a shaft to achieve a drive. in a synchronized manner, this shaft system being remarkable in that the drive pinion comprises permanent magnetization.
Un avantage de ce système d’arbre est que de manière simple, sans changer la géométrie du pignon et avec un alliage métallique similaire permettant de conserver les outils de fabrication de ce pignon, des essais ont montré qu’une aimantation préalable du pignon avant son montage permet d’améliorer le coefficient d’adhésion de ce pignon sur l’arbre.An advantage of this shaft system is that in a simple manner, without changing the geometry of the pinion and with a similar metal alloy allowing the manufacturing tools of this pinion to be preserved, tests have shown that prior magnetization of the pinion before its assembly makes it possible to improve the coefficient of adhesion of this pinion on the shaft.
On obtient de manière simple, dans le cas d’une capacité en couple d’entraînement du pignon qui est légèrement insuffisante, la possibilité d’améliorer le couple transmissible. En particulier pour un pignon d’entraînement de la distribution d’un moteur thermique, travaillant dans l’huile de ce moteur, on peut éviter une désynchronisation de cette distribution.We obtain in a simple way, in the case of a drive torque capacity of the pinion which is slightly insufficient, the possibility of improving the transmissible torque. In particular for a drive pinion for the distribution of a heat engine, working in the oil of this engine, we can avoid desynchronization of this distribution.
Le système d’arbre selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.The shaft system according to the invention may additionally comprise one or more of the following characteristics, which can be combined with each other.
Avantageusement, l’aimantation permanente du pignon d’entraînement présente un magnétisme résiduel supérieur à 1000A/m.Advantageously, the permanent magnetization of the drive pinion has a residual magnetism greater than 1000A/m.
En particulier, l’aimantation permanente du pignon d’entraînement peut présenter un magnétisme résiduel supérieur à 1600A/m.In particular, the permanent magnetization of the drive pinion may have a residual magnetism greater than 1600A/m.
Avantageusement, le pignon d’entraînement comporte une trempe réalisée à la vapeur d’eau formant en surface une couche d’oxyde métallique.Advantageously, the drive pinion comprises a quenching carried out with water vapor forming a layer of metal oxide on the surface.
L’invention a aussi pour objet un vilebrequin de moteur thermique de véhicule automobile, remarquable en ce qu’il comporte un pignon d’entraînement d’une distribution formant un système d’arbre comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.The invention also relates to a crankshaft of a motor vehicle thermal engine, remarkable in that it comprises a drive pinion of a distribution forming a shaft system comprising any one of the preceding characteristics.
En particulier, le pignon d’entraînement de la distribution peut être ajusté sur un moyeu fixé en bout du vilebrequin.In particular, the timing drive pinion can be adjusted to a hub fixed at the end of the crankshaft.
De plus, le moyeu peut être fixé sur le vilebrequin par une vis de serrage axial, qui réalise un serrage axial du pignon d’entraînement de la distribution entre ce moyeu et le vilebrequin.In addition, the hub can be fixed to the crankshaft by an axial tightening screw, which provides axial tightening of the timing drive pinion between this hub and the crankshaft.
L’invention a de plus pour objet un véhicule automobile comportant un moteur thermique équipé d’un vilebrequin comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.The invention further relates to a motor vehicle comprising a thermal engine equipped with a crankshaft comprising any of the preceding characteristics.
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear more clearly on reading the description below given by way of example, with reference to the appended drawings in which:
La
Un sous-ensemble 10 rapporté sur le vilebrequin 2, comporte un moyeu 12 présentant vers l’extérieur une partie cylindrique recevant un joint d’étanchéité 26 fixé dans un carter de distribution 28 du moteur, et une face transversale extérieure équipée de perçages axiaux 14 permettant de recevoir une poulie d’entraînement d’accessoires.A subassembly 10 attached to the crankshaft 2, comprises a hub 12 having towards the outside a cylindrical part receiving a seal 26 fixed in a distribution casing 28 of the engine, and an external transverse face equipped with axial holes 14 to accommodate an accessory drive pulley.
Le moyeu 10 comporte vers l’intérieur un pignon d’entraînement de courroie de distribution 16 travaillant dans l’huile, qui est centré sur un centrage de ce moyeu 30, puis un pignon de pompe à huile 18 comportant une denture extérieure à chaîne 20, qui est centré à la fois sur ce centrage de moyeu et sur le centrage de vilebrequin 4.The hub 10 comprises inwardly a timing belt drive pinion 16 working in the oil, which is centered on a centering of this hub 30, then an oil pump pinion 18 comprising external chain teeth 20 , which is centered both on this hub centering and on the crankshaft centering 4.
Une vis de serrage axial 22 accessible par l’extérieur, serrée dans un perçage axial 32 du vilebrequin 2, prend appui sur le moyeu 12 pour serrer axialement successivement le pignon de distribution 16 et le pignon de pompe à huile 18 sur la face d’appui transversale 6 du nez de vilebrequin.An axial tightening screw 22 accessible from the outside, tightened in an axial bore 32 of the crankshaft 2, is supported on the hub 12 to successively axially tighten the distribution pinion 16 and the oil pump pinion 18 on the face of transverse support 6 of the crankshaft nose.
L’extrémité intérieure du moyeu 12 comporte une languette 24 dépassant de sa face d’extrémité, qui s’ajuste dans la rainure axiale 8 du nez de vilebrequin 2 afin de former un calage angulaire de ce moyeu et du pignon de distribution 16 fixé dessus.The inner end of the hub 12 has a tongue 24 projecting from its end face, which fits into the axial groove 8 of the crankshaft nose 2 in order to form an angular wedging of this hub and the timing gear 16 fixed thereon .
La
Dans une opération suivante 42 la poudre est disposée dans un moule, puis comprimée suivant un axe principal avec une pression élevée pour obtenir une pièce suffisamment solide présentant les caractéristiques géométriques finales.In a following operation 42 the powder is placed in a mold, then compressed along a main axis with high pressure to obtain a sufficiently solid part having the final geometric characteristics.
Dans une opération suivante 44 la pièce est soumise à un cycle de température présentant une température maximum inférieure à la température de fusion du métal principal, qui lui donne une dureté élevée.In a following operation 44 the part is subjected to a temperature cycle having a maximum temperature lower than the melting temperature of the main metal, which gives it high hardness.
En option, dans une opération suivante 46 la pièce peut subir différents traitements thermique. On peut réaliser en particulier un traitement à la vapeur d’eau après un chauffage compris entre 400 et 500°C, sous une pression partielle de vapeur d’eau comprise entre 20 et 80 millibars. On obtient une trempe superficielle comprenant une couche d’oxyde métallique à la surface de la pièce, avec des propriétés à cœurs qui ne sont pas affectées par cette trempe.As an option, in a following operation 46 the part can undergo different heat treatments. In particular, a water vapor treatment can be carried out after heating of between 400 and 500°C, under a partial water vapor pressure of between 20 and 80 millibars. A surface hardening is obtained including a layer of metal oxide on the surface of the part, with core properties which are not affected by this hardening.
En option dans une opération suivante 48 la pièce peut subir un usinage de précision de surface particulière pour obtenir une géométrie de surface précise.Optionally in a following operation 48 the part can undergo particular surface precision machining to obtain a precise surface geometry.
Dans une opération suivante 50 la pièce est magnétisée, pour lui donner une aimantation permanente avant son montage sur le vilebrequin. En particulier le magnétisme résiduel du pignon d’entraînement 16 peut être supérieur à 1000A/m, avantageusement il est supérieur à 1600A/m.In a following operation 50 the part is magnetized, to give it permanent magnetization before its assembly on the crankshaft. In particular the residual magnetism of the drive pinion 16 can be greater than 1000A/m, advantageously it is greater than 1600A/m.
Le pignon de distribution 16 est ajusté sans serrage sur le centrage 30 du moyeu 10, puis il est serré axialement avec la vis axiale 22 qui lui donne un serrage axial sur ces deux flancs, ce qui assure son entraînement.The distribution pinion 16 is adjusted without tightening on the centering 30 of the hub 10, then it is tightened axially with the axial screw 22 which gives it axial tightening on these two sides, which ensures its drive.
Des essais de tests d’endurance ont montré qu’avec ce type de magnétisation on obtient une adhésion plus élevée du pignon d’entraînement 16 sur le moyeu 10, qui lui apporte une capacité maximum de transmission de couple un peu plus importante, pouvant suffire dans certains cas à répondre aux exigences les plus sévères.Endurance test trials have shown that with this type of magnetization we obtain a higher adhesion of the drive pinion 16 on the hub 10, which gives it a slightly greater maximum torque transmission capacity, which may be sufficient in certain cases to meet the most stringent requirements.
Claims (8)
Motor vehicle comprising a heat engine, characterized in that this heat engine is equipped with a crankshaft (2) according to any one of claims 5 to 7.
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