Brevet FR2544793A1 — publié le 19841026

- PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN TEMPERATURE RAPIDE ET LA REGULATION THERMIQUE DE L'HUILE DE LUBRIFICATION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE. La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif pour la mise en température rapide et la régulation thermique de l'huile de lubrification d'un moteur à combustion interne Elle s'applique aux moteurs à combustion interne dans lesquels le refroidissement est assuré par la circulation d'un fluide dans des conduits convenablement aménagés dans la région de la chambre de combustion. De nombreux procédés et dispositifs ont déjà été envisagés pour limiter la température des cylindres ou des chemises dans les- quels les pistons doivent se mouvoir avec le moindre frottement. Pour refroidir efficacement un moteur à combustion interne avec une dépense énergétique optimale, un fluide de refroidissement présentant une chaleur spécifique élevée et une faible viscosité, tel qu'un mélange eau additifs, circule habituellement autour de ces cylindres ou ces chemises Ce fluide de refroidissement mis en pression par une pompe circule dans une chambre annulaire dont l'épaisseur, qui varie en fonction des moyens de réalisation tels que des noyaux sable ou des parties moulantes des moules en acier, atteint plusieurs millimètres Cette épaisseur donnée à la lame du fluide refroidisseur s'avère surabondante car seule une couche superficiellese trouvant en contact avec les parois de la chambre de refroidissement de la chemise ou du cylindre, sert à l'extraction des calories Il en résulte que la vitesse d'écou- lement du fluide refroidisseur, nécessaire à un échange thermique convenable, implique un débit particulièrement coûteux. La présente invention vise à exploiter la propriété précitée propre aux couches superficielles et propose à cet effet, d'uti- liser la paroi dite extérieure de la chambre de refroidissement, 49398 1 16 cpposée aux chemises ou à celle formant les cylindres, pour trans- mettre ou enlever des calories à l'huile de lubrification du moteur en explcitant au mieux les capacités calorifiques de celle-ci. Cette huile de lubrification peut ainsi être mise rapidement en température et sa température peut être régulée par échange ther- mique avec le fluide de refroidissement du moteur. Suivant une particularité de l'invention, le procédé pour la mise en température rapide et la régulation de la température de l'huile de lubrification pour un moteur à combustion interne du type refroidi par un fluide refroidisseur à chaleur spécifique élevée et à faible viscosité, circulant autour des cylindres ou des chemises de ce moteur, consiste en un échange thermique entre ce fluide refroidisseur et cette huile de lubrification au niveau des zones supérieures de ces cylindres ou de ces chemises, cette huile étant susceptible de capter des calories provenant de la culasse de ce moteur pour les transférer à ce fluide refroidisseur. Cet échange thermique permet de dissiper la chaleur provenant de la chambre de combustion d'une part, et de la culasse d'autre part, dans le fluide refroidisseur. L'huile de lubrification du moteur sera utilisée pour capter les calories provenant de la culasse dont les températures peuvent largement dépasser celles des cylindres ou des chemises Il en résulte une montée en température très rapide de cette huile associée à une régulation de la température de cette huile par échange thermique avec le fluide refroidisseur. Lors du démarrage à froid du moteur, l'huile est mise rapidement en température et, en fonctionnement normal, elle cède des calo- ries au fluide de refroidissement Cet échange est thermiquement gratuit puisqu'il résulte de l'écoulement du fluide refroidisseur le long de la paroi opposée aux chemises ou à celle formant les cylindres. AD 59 1,6-6 -3- Suivant une autre particularité de l'invention, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité comprend, autour des cylindres ou des chemises, une première chambre annulaire dans laquelle circule un fluide refroidisseur du moteur et une seconde chambre annulaire, concentrique à la précédente, dans laquelle circule lihuile de lubrification du moteur, cette seconde chambre entourant partiellement ou totalement la première de manière à former avec celle-ci un échangeur thermique. Par cette disposition, on favorise la mise en température rapide de l'huile et le refroidissement des chambres de combustion et des culasses De cette manière, on diminue la dépense énergétique induite par le fonctionnement du moteur, principalement durant les phases froides. De plus, la montée très rapide en température de l'huile de lubrification suivie d'une régulation thermique de celle-ci diminue l'énergie dépensée pour la mise en circulation de cette huile et permet d'employer une huile de faible viscosité. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement en regard de la description et du dessin annexé représentant un exemple de réalisation de l'invention nullement limitatif, dessin dans lequel la figure unique représente une vue schématique d'un moteur à combustion interne montrant un dispositif pour la mise en tem- pérature rapide et la régulation thermique de l'huile de lubri- fication conforme à l'inventionet le circuit de lubrification associé. Le moteur représenté sur la figure unique comprend une culasse 2, un bloc cylindres 4 et un carter 5 Chaque cylindre 6 du bloc 4 reçoit une chemise sèche 8 et éventuellement une chemise humide amnovible La région supérieure de chaque cylindre 6 ou chemise 8 est entourée de façon conventionnelle par une première chambre 49398 1 25447,3 4- annulaire 10 de refroidissement dans laquelle circule un mélange eauantigel 12 Cette chambre présente des parois intérieure 9 et extérieure 11. Conformément à l'invention, une deuxième chambre annulaire 14 à ailettes 16, concentrique à la première 10, dans laquelle cir- cule l'huile 18 de graissage du moteur et de refroidissement de la culasse 2, entoure partiellement la première chambre 10 de refroidissement de manière à former avec celle-ci un échangeur thermique. Le circuit de graissage du moteur comprend essentiellement et de façon conventionnelle une pompe volumétrique 20, un limiteur de pression d'huile 22, un filtre à huile 24 et une crépine d'aspi- ration 26. Le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention est décrit ciaprès. Seules, les couches superficielles de la lame d'eau 12, de faible épaisseur, et se trouvant en contact avec les parois 9 et 11 de la chambre de refroidissement 10, extraient des calories prove- nant des cylindres 6 et de la culasse 2 La veine milieu de la lame d'eau contenue dans la chambre 10 constitue une veine ther- miquement inerte. La paroi extérieure 11 de la chambre 10 peut donc transmettre ou enlever des calories à l'huile de graissage 18 qui la lèche. Les ailettes 16 favorisent le transfert thermique entre les deux chambres annulaires 10 et 14 Comme il est souhaitable de main- tenir la culasse 2 et les organes qui y sont rapportés (sièges de soupapes, soupapes, bougies,) à un niveau thermique com- patible avec une bonne tenue mécanique à chaud, on va utiliser cette huile de graissage 18 pour capter les calories provenant 49398 1 1671 -5 - de cette culasse 2 dont les températures peuvent dépasser celles des cylindres 6 ou des chemises 8. Au démarrage du moteur à froid, cette huile 18 sera mise rapide ment en température, par circulation en boucle au moyen d'une pompe volumétrique et par échange thermique avec la culasse 2. La température de cette huile 18 peut ensuite être régulée par échange thermique à travers la paroi extérieure 11 de la chambre d'eau 10. Cet échange thermique avec la culasse 2 permet d'atteindre très rapidement la température maximale de l'huile de graissage 18 du moteur et de diminuer ainsi l'énergie dépensée pour la circula- tion de celle-ci Le débit d'huile minimal utilisé pour le refroi- dissement de la culasse 2 est un débit conditionné par la pres- sion de graissage au ralenti du moteur à chaud Le débit maximal correspond à celui du clapet de décharge 22, utilisé pour limiter la pression de graissage à une valeur minimale néces- saire, dans la pompe à huile volumétrique conventionnelle 20. L'énergie dépensée pour la mise en circulation de l'huile de graissage 18 servant au refroidissement de la culasse 2 varie essentiellement en fonction des pertes de charge dans cette culasse; toutefois, celles-ci sont largement compensées par le fait que la montée en température de l'huile est très rapide, que la température de l'huile est ensuite régulée, ce qui permet d'employer une huile de faible viscosité. L'échange thermique entre le fluide refroidisseur 12 et l'huile de graissage 18 permet donc de réduire de façon importante la dépense énergétique nécessaire pour atteindre la température opti- male de fonctionnement d'un moteur à combustion interne. En effet, le fluide refroidisseur 12, tout en ne parcourant que la chambre d'eau 10 autour des cylindres 6, y capte l'ensemble 49398 1 167 i -6- des calories dispensées par le moteur De plus, les pertes de charge du circuit de refroidissement par eau sont considérable- ment diminuées puisque ce dernier ne concerne plus la culasse refroidie maintenant par l'huile de graissage La longueur et le débit de ce circuit sont alors sensiblement divisés par deux et le radiateur de refroidissement peut être optimisé en fonction de ce débit et de l'intervalle de variation de température du moteur- 49 a 93 I 167 G -7- REVENDICATIONS 1 Procédé pour la mise en température rapide et la régulation thermique de l'huile de lubrification ( 18) d'un moteur à combus- tion interne du type refroidi par un fluide refroidisseur ( 12) à chaleur spécifique élevée et à faible viscosité tel qu'un mélange eau additifs, circulant autour des cylindres ( 6) ou des chemises ( 8) de ce moteur, caractérisé en ce qu'il consiste en un échange thermique entre ce fluide refroidisseur ( 12) et cette huile de lubrification ( 18) au niveau des zones supérieures de ces cylindres ou de ces chemises, cette huile ( 18) étant suscep- tible de capter des calories provenant de la culasse ( 2) de ce moteur pour les transférer à ce fluide refroidisseur ( 12). 2 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'il comprend autour des cylindres ( 6) ou des chemises ( 8), une première chambre annulaire ( 10) dans laquelle circule le fluide refroidisseur ( 12) du moteur et une seconde chambre annulaire ( 14) dans laquelle circule l'huile de lubrification ( 18) du moteur, cette seconde chambre entourant au moins partiellement la première de manière à former avec celle- ci un échangeur thermique. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que cette seconde chambre annulaire ( 14) présente une série d'ai- lettes ( 16) qui favorisent le transfert thermique entre le fluide refroidisseur ( 12) et l'huile de lubrification ( 18).