Brevet FR2474139A1 — publié le 19810724

-i lubri fié avJec un lul]ri2i 'cuile e conmora une chambre collectrice de lubrifiant ainsi ou'un systr:,e de refroidissemenrt de " ubrifi-ant. rLe lubrifiant risquant, en particulie sur les moteurs à combustior intene, d'être soumis à un rô-ch>auferet ea _r., on ev., oie fréquemment un relfroidisse:3.r de lub?.rifia'-t Sur les s-stsmes de crais- sage souis pression, J.. pompe peut ég-a-.er.ent ê-re utili- s,-e pour faire transiter sous pressin le lubrifient par un refro diseu d'Xu.ie. Lvec '.es syst-tes de lu- brific:at.ion par barbotage (oûf le danger d'un réchauffe- leen7. e. acére du!ubriú.- t e: iste égalerent), il est i..cessaa.re pour r'.T '' i le seul refroidissem:ent du l.ubrifiant, d'utilis en deh.ors du refroidisseur d'huile une autre o..pe de circ-ulation. I1 en résulte qu'un tel sysr e roiisse: ent de lubrifiant est non seulent trs onreux, rcais également très lourd, ce qui est particu]ilère::ent,ênant lorqcue]e sy-tl'me est monté sur des véhicules. La demande de brevet en République F6édéra- le Allemande DE-OS 2 745 931 pr"voin un refroidisseur d'huile pour circuits de refroidissement sous pession, int-gré à la cloiso-- du carter d'huile d'un moteur à combustion interneo Un autre fluide de refrcidissement, par exemp1e l'eau de refroidissement du moteur, traver- se sous pression les chanmires creuses du refroidisseur liquide/liquide irt" r à la cloison, en absorbant la chaleur. Un tel s.t me de refroidissement par circuit sous pression fcnct-onnant avec un fluide de refroi- sse;ent s.î... ne pe-rt e -e utilisé-- ou'àa grads frais sur des sd & -!^s de re.roidesement nar barbota- ge sur les oreanes mécaniques non refroidi- par un li- quide de refroidissenemt particulier. L'objet de l'irnvention est de créer un s,7t7m'c-,t de ref oidisseoen;t de lubrifiant oui soit le us si;:le possible toul er. 4tant efficace et qui plu's e ssans poser de problèmes de place, de pri- ou de poids, êôre utilisé sur les or.ganes refroi- is par barb'otae. inverntion r$soud ce problème en pr'vo- yant que le refroidissement s'effectue par un tube d''a%..n.e thermique au moins, et que celui-ci soit en co 2C=t d'échang-e thermique avec le lubriiant par sa 1C partie absorb-sar ia chaleur et en contact d'échange t'e-._raqu avec l'air ambiant par sa partie émettrice de chaleur. - Les tubes d'échange thermique mentionnés dans la caractéristi.e sont connus en soi. On entend par là un espace creux créé dans un matériau bon con- ducteur de la chaleur, de préférence sous forme tubu- 2aire ou sous la fonne d'une plaque, espace creux dans lequel on fait le vide et que l'on remplit ensuite part'elle:ïent d'un caloporteur vaporisable et conden- sable, le vide ou le remplissage par un gaz inerte eétant ensuite réalisé. Te choix du caloporteur est fonction du niveau de température auquel la chaleur dod.; être transmiseo Le tube d'échange thermique est éaqui-é partiellement à l 'intérieur d'une structure ca- pillaire permettant le transfert en retour du fluide caloporteur condensé, du point o il cède sa chaleur au point o il absorbe de la chaleur; ceci peut, par exempe, être réalisé sous la forme d'un revêtement du tube à l'aide d'un tissu de tamisage ou d'une structu- re nervur.e de la surface intérieure du tube. Au point cha eu d du t u be s 7inrf, te r, ?I c,2..ud du tube r échlane thermique auquel l 'nergie ther..e e amene, le fluide introduit vaporise et se d-'te-d ra iVement à i ri ' ieldu tube d'échange ar:aique. ux. err-_its du tube d'échan-e kermiJúue ou ne fuil:e c&ïde sa ckaleur, celui-ci, qui est en phase vapeur, se condense et cède sa chaleur à la paroi du tube. Lje condensat gagne par capillarité les points du tube d'échange thermique auxquels la chaleur est amenée. La chaleur cédée côté condensat par le fluide à la cloison du tube d'échange therLique est évacuée côté extérieur par rayonnement, par convection ou par conductivité. Un chargement d'état du fluide calopor- teur se produisant aux points du tube d'échange therrni- que o il cède ou absorbe de la chaleur, l'énergie de transformation nécessaire au changement d'état est pour l'essentiel transmise sous forme de chaleur. Les énergies de transformUation 't.nt, comparées à la masse du fluide caloporteur, relativement plus importantes que les charges ênergtiques pouvant être emmagasinées par rCchanffage d'un fluide, il est possible, par le transport de quantités relativement réduites de calo- porteur, de transmettre une grande quantité de chaleur même sur de grandes distances. En appliquaent une pression déterminée à l'intérieur du tube d'échange thermique, on peut, de plus, faire en sorte que la transmission de chaleur n'ait lieu que jusqu'à une température tout-à-fait dé- terlinée. Par la structure capillaire, un transfert en retour du condensat peut, dans certaines limites, avoir lieu même dans le sens inverse de celui de la gravité. La demande de brevet antérieure en Républi- que FSdérale Allemande P 2& 39 365. 9 présente un sys- tème de refroidissement d'un moteur à explosion utili- sant des tubes d'échange thermiqueo Il s'agit toutefois dans cette demande d'un autre emploi que le refroidis- sement du lubrifiant. De façon plus rationnelle, le tule échan- geur de chaleur peut être réalisé par des ailettes creu- ses intégrées à la paroi de la chambre col.ect-ice de lubrifiant ou à une cloison de carter du moteur soumise au contact du lubrifiant. D'autres conformations in- téressantes de l'invention ainsi qued'autres avanta- ges de cel2e-ci sont présentes dans la description suivante de plusieurs exemples d'exécution illustrés par des figures. Celles-ci représentent: - Sur les figures 1 et 2, des vues respec- tivement latérale et frontale d'un moteur à combustion interne comportant pour le refroidissement du lubri- fiant des tubes échangeurs de chaleur intégrés à la paroi en plusieurs endroits. - sur les figures 3 et 4, des coupes pra- tiquées dans des tubes d'échange thermique intégrés à la paroi et disposés en différentes positions0 - Sur la figure 5, la représentation sché- matique d'une boite de vitesses à circuit hydrodynami- que pour véhicules, boîte comportant un système de re- froidissen.ent pour le fluide du circuit hydrodynamique et, séparé de ce système, un système de refroidissement de lubrifiant pour la partie mécanique de la boîte. - Sur la figure 6, un système de refroi- dissernent de lubrifiant pour le pont arrière du véhicu- leo - Sur la figure 7, un détail agrandi de la figure 6 (partie entourée d'un cercle VII sur cette fi- gure 6). Le moteur à combustion interne I représen- té sur les figures 1 et 2 comporte notamment un couvre- culasse 2, un bloc-cylindres 3 et un carter d'huile 4. Sous le couvre-culasse, est logé de façon connue le système de commande de soupapes du moteur, système soumis à une fraction élevée du flux d'huile global du moteur. Les cames, culbuteurs et clapets oscillants de la commande de soupapes projettent en force l'huile qui leur est amenée contre la face intérieure du couvre- culasse. Sur la paroi 8 du boltier du couvre-culasse, sont pr5'vus deuw tubes é-chlang{eurs therrricus 5 par les- quels une certaine fraction de la cle du lubr- fiant est déjà évacu4e dans l'air ambiant. De:.ême, la partie inft-rieure du bt1oc-c-lirnres 3, les p&èces constltuant l'embiella7e du moteur projetternt avec for- ce l'huile qui leur est amerce contre la paroi g du bloc-cyllindres; pour cet-e raison, sort pr'évus là en- core des tubes échansgeurs de chaleur 5' en forme d'ai- lettes pour.'évacuation de la chaleur de l'huile. Des tubes échan.aeurs therr icues 5" en forme d'ailettes in- tégrés à la paroi sont égaler.ent disposéEs dans la par- tie inftrieure du carter d'huile 4. Les tub-es -chan-eurs thermiques en forme d'ailettes pun;trent par leur par- tie C absorbant la chaleur dans le lubrifiant et sont par cettle partie en contact d'échange thermT-uo avec celui-ci. La partie extérier e du tube, émet-trice de chaleur, est en contact d'échange thermicque avec 'air ambiant. Les tubes &'échanoe thermicue en forme d'ailet- tes 5 ou 5' sont disposés de telle sorte sur le couvre- culasse et sur le bloc-cyljlindres qu'ils permettent sans mesure supplémentaire, dans la position d'ins-allation dans laquelle le moteur est eprésent, sur les figures, un transfert en retcur du cordensat dans le sers 13 de la pesanteur, en direction de la partie, absor--bant a chaleur, même sans structure capillaire..vec les tubes échanseurs de chaleur en forae d'aile'tes 5" disos--s dans le carter d'huile, un transfert en retour n'est possible que dans le sens o-pos'. à celui de la pesaD- teur, et avec une bonne structure ca'ilaire. o çLa fi-ure 3 montre un tube d'échanre ther- rique en form e de.Cu.i.Le O C tî ' être coulén enêe que le carter. Le tube écha- ge therr.,que pr'serte une chabre. c. rc':o,orirue a? lon- g s 14 portant sur sa f7ace i'u-rûc urne str....re a. -. .. êr'e..*-... co'nsti u'5e 'rar -F.z -,r-, u.r,*--m-: o- e,-a..'. "*-ru.'t dagee., fore o ice ac J.-,*........: -ose 14 est "ie.eiu -a. e r'- la echrvDade -?5 e r..-_;... d- - r -acreuse re z' -e o...-1 1-e 'f F:-- s - e '-a 50 ., fle'e 'oe eacor, h-ie"r',;i c-,e a- - I >-f*r-..--eu^ 1C port vOun tube de ren- :';e ". a, r:.aue re ferime-ure peut e.?e fi::-e, brn> -.e:-e -:_: sorud. a-ce aur. Le v-ide est ensuit-e r it Qo dians 'el -t.- ',' f. ze * therr.iue pna le tube de.. - i__:a;e et un. f u i de bono conducteur therr.:iue intro- j1 r Le. ue i'k ange ther:icue es-b enúin er-mé -.e- r.:t:-cuc:ent.}.a-r -e-'-.en e.t- soudare du t.uobe de r'er- 5. 'a u=iir2-renoce de la -f 'ure.qui m on re u.........e ,her- i e" e. forrme de gou ile, la fiL:'t'e -n pr(:se-':.te un tube d'échange therîmique 9' en e v " re-.orta^nt une chambre 14i' en forme de coi et u s e ao, uet e de e e r ture 1C' en for rMe de -al ar. positi' danrs laquelle le tube d''. are e_':ue - d'e la e 4 est.ontre est telle, par a7- -ort au:ens ', dans,e'iuel s'exerce la gravite, que ^a prt ie eut 'rien-- e é ertice de chaleur se s-tue plus b-l - ue ' ar ie t' rf.eure absorbant la chaleur. Dans ce c as, 'a structure ca-, iai re '2 doit être tr s eúfi- cace =our n.oi.- s.,urer ' e translert en retour du con-e,,e rsat cort le zens de la ravité dans la partie absorba.t la..aleur, qui occupe la position supérieu- ne. il C ov -.e?:- c-. ee. observer cue lors de la coul e. l'e:wr ' ouvere de ea cha:bre creuse 14 Ce.. - e; dz-os-'e ' e cô>, c'est-'-dire S'.'... a 'ei, e e - son du cater; a :)_aquetre 'e --'C;:'u r_ -, o: e tiC' 'ut aussi êere dispo- ^:-_ ee r e--vce de c'_aieur du 7 ''?.- f- - ch: " e -e.:cu t.4Ot une.. uest "-on d'aspect extérieur, de facilité de l'écouleient et de protection contre les chocs (le tube de remplissage 11 pourrait, s'il était disposé à l'extérieur, 8tre faci- lement brisé par un choc appliqué par inadvertance; c'est pourquoi, de prèf[rence, l'extrémité du tube d'échange thermique absorbant la chaleur est située à l'intérieur et constitue le côté ouvert à obturer par une plaquette de fermeture)0 La figure 5 montre une boite de vitesses 15 pour véhicules. Cette boite de vitesses comporte une partie hydrodynamique avec un circuit de puissance hy- drodynamique 16 et une partie mécaniaue à p?.usieurs rapports 17. Dans la partie hydrodynamique, est prévue une pompe de remplissage particulière 18 pour le cir- cuit de puissance hydrodynamique, pompe qui, sur l'esem- ple d'exécution représenté, alimente le circuit de puissance à partir de la partie basse 19 du carter d'hlui- le. La pompe 18 entretient une circulation d'huile en- tre le circuit hydrodynamique 16 d'une part et la partie basse 19 du carter d'huile d'autre part, de façon telle qu'en un intervalle de temps déterminé, toute la char- ge d'huile décrive une fois le circuit. Le fluide de travail du circuit hydrodynamique est refroidi par plusieurs tubes d'échange thermique en forme d'ailettes 22 intégrés à la paroi du carter d'huile, tubes plon- geant partiellement dans le bain d'huile et demeurant par leur partie extérieure au cona.ct d6'échange thermi- que avec l'air ambiant. La partie mécanique de la boîte de vitesses 15 possède également une pompe de graissa- ge 21, amenant l'huile aux points de graissage à partir du carter J'huile 20 Là encore, des tubes d'échange thermique 25 en forme d'ailettes intégrés à la paroi sont prévus pour évacuer à l'air ambiant la chaleur du lubrifiant. Remarquor qu'à la place du syst'ème infé- rieur des tubes d'échange thermique, peut être prévu o-ius avant.,euseent un système latéral comme celui des tubes de'échane thermicue 5' montés sur le bloc cylindres du moteur et représente sur les figures 1 et 2, avec es tubes d'échange thermiques disposés léèrement en pente vers l'intérieur. Grâce à cette dispositicn, la gravité peut être utilisée pour assu- rer le transfert en retour du condensat vers la partie intérieure absorbant la chaleur, l'effet de refroi- dissement des tubes d'échange thermique se trouvant ainsi favorablem.ent influencé. La figure 6 représente un carter 25 d'un organe de transmission différentiel d'un pont arrière de véhicule, lequel n'est normalement pas équipé d'un système de graissage sous pression, mais seulement d'un système de graissage par barbotageo Lorsque les véhicules sont utilisés dans des conditions difficiles, il peut se produire dans un tel pont arriè-re une sur- chauffe du lubrifiant, sinon un vieillissement préma- turé, dû à la chaleur, du lubrifiant. La perte de vis- cosité due à des causes thermiques peut affecter l'ef- ficacité du graissage et empêcher la formation d'un- film de lubrification hydrodynamique. Pour maintenir une temp(.rature de service favorable et une efficacité satisfaisante du lubrifiant, un système de refroidisse- ment de lubrifiant tel que représenté sur la figure 6, comportant un tube d'échange thermique 26 est également pré.vu sur le pont arrièreo La partie absorbant la cha- leur 27, de section circulaire, des tubes d'échange thermique, pénètre par une ouverture 29 dans le car- ter d'huile 30 du bottier de pont. La partie extérieure 28 émettrice de chaleur est constituée de deux plaques de tôle soudées hermétiquement l'une à l'autre. Grâce à la cornformation en plaque de la partie émettrice de chaleur, on èorient une plus grande surface non seule- mernt pour la condensation du fluide transférant la c. chaleur, mais 6ga7e:.ent n3u1l - trnr s7ert.'err.icue par convectic, on. '.- a::bfat. lans la ptaase.'fuie, le transfert thern icue 'opre de faço, plus.ra- ble tanrt sur la face ex' 're'ure de I partie du tube d'échange ther.. :eue que sumr la fnace irfJri,-JUe du mêee tube; or, peut donc r. 8 cel. endr surface plus redu-me. L'avrata.e -r':senil'- oarT le sy,'st,c dc reúroidisze::-elnt d'ui2e, en particu.aier pour]es ponts arrèee est qu'i-id'uenda'^.ne4. de 'énergie traYsm-.se ou traitde par le moteur, une terp'rature ccnstante du lubrifiant peut être obtenue, Jusqu'à pré-sert;, sur les moteurs ne disposant pas de système de refro'dissement d'huile, le ch.oix de 1 'hu-l e n fonction du.oint de fonctiornement cornduisait - des peres d'(énergie rpar fro-tement élevr'es et- at -cs,-'uer t,, un échauffe- ment. considérable du lub..ri it. Aux rgi:es les plus bas, s'istauraient une temp'rature d'huile plus basse et une viscosit' égale:ent plus réduite. Ceci conduisait à des pertes par frot-te:ent irnterne plus élevées, agissanrt défavora- blement sur le rendea.eut du uoteur. Grâce a un refroi- disse:ent autorgulée du lubrifieant, il est possi-ble, ccmrn:e il a été dit, d'obtenir une tep',rature de lubri- fiant à peu près constente et une viscosité se mainte- nant à la même val]eur. I. devient possible de sé-lec- tiornner à l'avance une cat,'co.ie d'hu-le plus favorable et d'une visccsit' plus r'-duîte pour tcuve la plage des r'imes. Ceci ccnduit à une augn:entation no; ' J'iea- ble du rend.e.ent en réciMe de car.e nartiele. L'efet ator"g...a.r c' r du re rid-e'.ent du lubrifiarnt par des tubes d'éc1haDe thera:isue iueut être obtenu p-ar le fait cu'en raison d'une sélectlon appropriée d'un,.uiie c.e t_=ar:sfert de ch cu- t d'une pression adécquate à 2 'ir', rieur du -t ue u' -c- ange 1C tuer:i:isue, - e f!uide coLsidciré ne se vaporise qu't la te........ure et au-dessus de la temprature de service dau ubifianto L'effet des tubes d'échange thermique n'es dc>nc pour 'essentiel utilisé cqu'au-dessus de la te.u._r. ture de service du lubrifiant. Prenon le cas,- par e;enle, d'une température de service du lubrifiant que l'on voudrait tablir entre 80 et 90 C; les tem- pératures se situant entre 120 et 140 C sont préeudi- ciables et doivent êre -évitées en toute sécurité. Com- me fluide caloporteur, on peut utiliser, dans le cas présent, des fluides frigorigènes comme l'acétone, le frnon, l'amm.oiac ou l'alcool, avec une quantité d'eau plus ou moins grande. Aussi lonjtemps que le fluide caloporteur n'a pas atteint son point d'ébullition. à l'int-rieur du tube de transfert thermique, il demeure encore en phase liquide presque entièrement et la cir- culation nécessaire pour un transfert thermique par le tube d'échange thermique entre la phase vapeur et la phase liquide est interrompue. 2C Ce n'est que lorsque le fluide caloporteur a atteint son point d'ébullition qu'une circulation peut s'établir et un transfert thermique se réaliser. Le translert therioque et,.par conséqLuent, l'effet de reircidisse:.erst, sont d'autant plus intenses que la chute de temnpérature est grande. Dès que le pcint d'ébullition est dépassé, l'effet de refroidissement augmente très forte:.ent. La plage des températures de. fonctienne::ent s'établissant dans la pratique-se limite donc, m&me lorsque les frotoe,:en.s sont très importants, à 10 ou 20 C au-dessus du point d'ébullition du calo- oreur in ''int:reur. du tube d'.échan:e thermiqueo REVEi-DICATIOiTS 1) Organe mécanique lubrifié par lubrifiant liquide, comportant une chambre collectrice de lubri- fiant ainsi qu'un système de refroidissement de lubri- fiant, caractérisé par le fait que le refroidissement s'effectue au moins par un tube d'échange thermique (5,5',5",9,22,25,26) et que la partie de ce tube qui absorbe la chaleur (6, 27) est en contact d'échange - thermique avec le lubrifiant, la partie du tube (7, 28) émettrice de chaleur étant en contact thermique avec l'air ambiant. 2) Organe mécanique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tubes d'échange thermique (5", 22, 25, 26) ont leur partie(6, 27) ab- sorbant la chaleur disposée dans la chambre collectri- ce de lubrifiant (4, 19, 20, 30). ) Organe mécanique selon l'une des reven- dications I ou 2, caractérise par le fait que les tu- bes d'échange thermique (5, 5') ont leur partie (6) absorbant la chaleur dans la zone o s'opère un fort reflux du lubrifiant dans la chambre collectrice (4). 4) Organe mécanique selon l'une des reven- dications 2 et 5, caractérisé par le fait que la partie (27) absorbant la chaleur du ou des tubes d'échange thermique (26) présente une section à peu près circu- laire et que la partie (28) émettrice de chaleur est conformée en échangeur thermique à plaques comportant au moins une plaque. ) Organe mécanique selon l'une des reven- dications 1 à 4, caractérisé par le fait que le ou les tubes d'échange thermique (5, 5', 5", 9, 22, 23) sont J intsrûs dans la cloison de la chambre collectrice de lubrifiant (4, 1, 20) en9 contact d%échange thermique avec Q'air ambiant et dans unepartie du carter (2, 3) de l'organe mécanique (1) en contact thermique avec l'huile de lubrification. 6) Organe mécanique selon la revendication - , équipé d'une cloison d'une chambre collectrice de lubrifiant fa'oriquée par moulage et d'une partie de carter en échange thermique -avec l'huile de lubrifica- 1C tion, caractérisé par le fait qu"'à partir de la cloi- son (8) sont formées les chambres creuses- (14) consti- tuant les tubes d'échange thermique, chambres creuses traversant cette cloison et formant des nervures (9) ou des embouts, faisant saillie tant à l'intérieur qu'à l'extérieur. - 7) Organe mnécanique selon l'une des reven- dications I à 6, caractérisé par le fait que-lorsque celui-ci (1, 25) se trouve dans sa position de-fonction- nement, la partie émettrice de chaleur (7, 28) des tu-... bes d'échange thermique (5,.5', 26) se situe au-dessus de la partie (6, 27) absorbant la chaleur. 8) Organe mécanique selon l'une des reven- dications 1 à 7, caractérisé par le fait que les.tubes d'échange thermique contiennent un fluide caloporteur - tel et à une pression telle que ce caloporteur ne se vaporise qu'à la tenpérature de service du lubrifiant et/ou au-dessus de cette température.. 9) Organe mécanique selon l'une des reven- dicatiuons 1 - 8, caractérisé p-ar le fait qu'il s'agit d'un mote.ur à combustion interne (1). ) cr-ane mc canique selon l'une des re- vtpdicaticns 1 a 8, caract.risé par le fait qu'il s'a:;it d'in orviare se tra:".smissicn (1,, 25). 1') Or:;ane mf&cani.ue selor, a revedica- -tiolo 10, cara-ct/r4nis'r ia e __._ -ue cet or;a-ne de traz;3sissicfr est un or0'arje de t.a.s:iSif difú/rentiel (25) d'un r-nt (31) de vûh- iculeo 12) Ordzane m'canique selon!a revendica- tion 1C, caracrisé par le. fait.ue cet organe de trans.issicr est une bcîte de vijtese (15) de vC!hi- cule. 13) Or:ane rmcanimae selon la revendica- tion 1C, caract risd epr le fait que cet or[t-ae de transmission est ur organe hy7draulioi.e (16), la cha- leur véhicul-e par le lieuide de trvail tant iîva- cude au aoyen du tube d''Ächange thermique (2)o 14) Ora.ane m;canique selon la revendica- tion 9, caract risdG par le fait que les tubes d'échan- se thermique (5") sont inté rs & la cloison du cr- ter d'huile (4) du moteur à combustoGn interne du mo- teur (1). ) Ur-ane mécanicue selon la revendication 9, caractérisé par le fait sue les tubes d'6chanCe tiercique (5) sont intgres a la cloison (8) du couvre- culasse (2) du moteur à combustîion i:'erne (1)o