Brevet FR2673677A1 — publié le 19920911

PROCEDE DE LUBRIFICATION POUR NOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne un procédé de lubrification pour moteur à combustion interne, équipant notamment les véhicules automobiles, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. La lubrification d'un moteur à combustion interne est classiquement réalisée par une circulation sous pression d'un liquide de lubrification, tel que de l'huile, alimentant les surfaces soumises au frottement. Quel que soit le type de circuit de lubrification employé, à bain d'huile ou à carter sec, l'alimentation en lubrifiant du moteur est réalisée par une pompe de pression qui est traditionnellement une pompe à engrenages entraînée par l'arbre moteur. Les caractéristiques fonctionnelles de la pompe de pression, et notamment la valeur de sa cylindrée, sont définies de façon à satisfaire les besoins en lubrification du moteur dans les phases extrêmes de fonctionnement comme lorsque le moteur est au ralenti et à chaud. I1 en résulte que la pompe de pression est surdimensionnée notamment quand la vitesse du moteur, donc de la pompe, devient importante. I1 est donc nécessaire de prévoir un dispositif limiteur de pression, tel qu'un clapet de décharge, dans le circuit de lubrification pour éviter que la pression du lubrifiant devienne préjudiciable au bon fonctionnement du moteur. Les circuits de lubrification actuels ne prennent donc en compte que deux paramètres nécessaires au fonctionnement du moteur : la pression minimale du liquide de lubrification, qui détermine le dimensionnement de la pompe de pression, et la pression maximale du liquide de lubrification, qui détermine le seuil de coupure du clapet de décharge. Pendant le fonctionnement du moteur la pression du liquide de lubrification évolue donc entre ces deux valeurs au gré du régime de rotation, de la température du liquide de lubrification et donc de sa viscosité ainsi que des pertes de charge du circuit hydraulique. La régulation de la pression du liquide de lubrification ainsi mise en place a pour mérite la simplicité mais présente l'inconvénient de ne pas prendre en compte l'ensemble des paramètres de lubrification du moteur et de ce fait de pas optimiser les frottements hydrodynamiques du moteur et donc de consommer inutilement une grande quantité d'énergie délivrée par l'arbre moteur ou vilebrequin. La présente invention a donc pour objet un procédé de lubrification pour moteur à combustion interne, qui permet l'optimisation des frottements hydrodynamiques et donc des rendements du moteur, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, dispositif qui est à la fois simple et relativement économique Le procédé de lubrification selon l'invention pour moteur à combustion interne, équipant notamment les véhicules automobiles, utilise une circulation sous pression de liquide de lubrification qui alimente le moteur à travers les différentes rampes de lubrification du moteur et notamment la rampe principale desservant les paliers du vilebrequin. Selon l'invention le procédé de lubrification est caractérisé en ce que la circulation de liquide de lubrification est ajustée de façon à engendrer les frottements hydrodynamiques minimums lors du fonctionnement dudit moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention le procédé de lubrification consiste à réguler en permanence la pression du liquide de lubrification en circulation de sorte que la valeur de la pression dudit liquide à la rampe principale soit sensiblement égale à une valeur prédéterminée de consigne, cette valeur de consigne étant dépendante d'un ou plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur. La demanderesse a en effet montrée l'existence d'une pression optimale du liquide de lubrification, notamment au niveau de la rampe principale par où débouche le liquide de lubrification dans le bloc moteur, qui minimise les frottements hydrodynamiques du moteur et en particulier du vilebrequin. Cette pression optimale évolue suivant les conditions de fonctionnement du moteur et en particulier avec le régime de rotation. I1 en résulte, pour un moteur donné, la détermination d'une cartographie des pressions optimales du liquide de lubrification avec le régime. La cartographie d'un moteur ayant été obtenue, par exemple après mesure au banc d'essai, il convient alors de piloter la pression de lubrification du moteur à partir de cette cartographie prédéterminée pour assurer des frottements hydrodynamiques optimaux lors du fonctionnement du moteur, ce qui a pour effet de diminuer la consommation d'énergie du moteur donc d'augmenter son rendement et de diminuer l'usure des pièces en frottement médiat donc d'augmenter sa durée de vie. Selon une autre caractéristique de l'invention le procédé de lubrification la valeur de consigne est déterminée expérimentalement au banc d'essai, pour chaque état de fonctionnement du moteur, comme étant la valeur de la pression du liquide de lubrification à la rampe principale qui minimise les frottements hydrodynamiques du vilebrequin sur ses paliers. Selon une autre caractéristique du procédé suivant l'invention, il consiste à réguler en permanence la pression du liquide de lubrification de sorte que la valeur de la pression dudit liquide à la rampe principale soit sensiblement égale à une valeur prédéterminée de consigne, cette valeur de consigne étant dépendante d'un ou plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur. L'invention concerne également un dispositif de lubrification pour la mise en oeuvre du procédé de lubrification. Selon l'invention le dispositif de lubrification est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pompe de pression pour la mise en circulation du liquide de lubrification sous pression reliée au bloc moteur par un circuit d'amenée, le dit circuit étant muni de moyens régulateurs de pression du liquide de lubrification à ladite rampe principale, lesdits moyens étant pilotés par la pression du liquide de lubrification à la rampe principale d'une part et la pression de consigne engendrée par des moyens générateurs de pression d'autre part, ladite pression de consigne évoluant suivant au moins un paramètre de marche du moteur. Selon une autre caractéristique du dispositif de lubrification selon l'invention les moyens permettant la régulation de la pression du liquide de lubrification se composent d'une valve présentant un alésage central dans lequel débouchent une conduite d'arrivée formée par la conduite de refoulement de la pompe de pression et deux conduites de sorties, l'une formée par la conduite d'amenée au bloc moteur et l'autre constituée par une conduite de retour à un réservoir de décharge et un tiroir, mobile à l'intérieur dudit alésage sous l'action antagoniste de la pression à la rampe principale d'une part et de la pression de consigne d'autre part, assurant la répartition du liquide de lubrification refoulé par la pompe de pression entre les deux conduites de sorties. Selon une autre caractéristique du dispositif de lubrification selon l'invention les moyens générateurs de pression engendrant la pression de consigne sont réalisés par un arbre rainuré, tournant à l'intérieur d'un logement correspondant, et entraîné à partir de l'arbre moteur. Selon une autre caractéristique du dispositif de lubrification selon l'invention, les moyens générateurs de pression engendrant la pression de consigne sont réalisés par une électrovanne pilotée par un calculateur. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un graphique montrant l'évolution des pressions avec le régime moteur dans un circuit de lubrification traditionnel et l'évolution optimale minimisant les frottements - la figure 2 est une vue schématique d'ensemble décrivant le dispositif de lubrification selon l'invention - la figure 3 est une vue en coupe de la valve assurant la régulation de la pression dans le dispositif de lubrification ; - la figure 4 est une vue d'ensemble du générateur de pression de consigne servant au pilotage de la valve. En se reportant au graphique, figure 1, on a représenté par C1 la courbe d'évolution de la pression Pram à la rampe principale pour un moteur appartenant à un type donné, équipé d'un circuit de lubrification classique du type par exemple à bain d'huile, en fonction du régime moteur N. Les courbes C2,..., Cn montrent, similairement, les évolutions de cette même pression pour d'autres moteurs du même type, les différences entre les courbes étant dues aux écarts de construction entre les moteurs (pertes de charge distinctes des circuits de lubrification, jeux ou tolérances au niveau des filtres à huile, des pompes, etc...). La courbe C représente elle l'évolution de la pression Pram, pour tout moteur de ce type, à la rampe principale en fonction du régime moteur N nécessaire pour obtenir un frottement hydrodynamique optimal du vilebrequin sur ses paliers. Le coefficient de frottement hydrodynamique du vilebrequin sur ses paliers dépend, en effet, notamment du régime de rotation moteur, des charges aux paliers et de la pression du liquide de lubrification. Pour un régime donné de rotation il est donc possible de minimiser le coefficient de frottement hydrodynamique en choisissant une valeur adéquate de la pression du liquide de lubrification. L'invention présentée par la demanderesse a donc pour objet de faire coïncider les courbes d'évolution de la pression Pram de chacun des moteurs avec la courbe C. On supposera pour la suite de la description, la connaissance de la courbe C réalisée, par exemple après détermination au banc d'essai. La figure 2 représente schématiquement un dispositif de lubrification d'un moteur suivant l'invention. Seules les parties constitutives intéressant l'invention ont été figurées. .Ce dispositif de lubrification reprend un circuit de lubrification du type à bain d'huile mais il pourrait tout aussi bien équipé un circuit de lubrification du type à carter sec. Le carter inférieur 11 constitue une réserve en liquide de lubrification, en l'occurrence de l'huile de graissage. Cette dernière est aspirée au travers d'une crépine, non figurée, par une pompe de pression 1, par exemple du type à engrenage extérieur, entraînée à partir de l'arbre moteur ou vilebrequin, également non figuré. La pompe 1 refoule l'huile vers le bloc moteur par un circuit comportant une conduite de refoulement 2, des moyens régulateurs de pression 3 et une conduite d'amenée 10 au bloc moteur vers successivement le filtre à huile 5, la rampe principale 7 qui alimente les paliers de vilebrequin et la rampe de distribution 9 qui permet de lubrifier l'arbre à cames. L'huile retombe ensuite par gravité dans le carter inférieur 11 par des retours prévus à cet effet. Les moyens régulateurs de pression 3 sont pilotés d'une part, par la pression optimale de référence ou de consigne Pref, engendrée par les moyens générateurs de pression 13 et véhiculée par la conduite 4 et d'autre part, par la pression Pram de l'huile à la rampe principale Pram véhiculée par la conduite de piquage 6. Ces moyens régulateurs de pression 3 comportent par ailleurs une conduite 8 de retour à un réservoir de décharge en huile constitué par le carter inférieur 11. Conformément à la figure 3, les moyens régulateurs 3 sont formés par une valve 3 régulatrice de débit comportant un tiroir déplaçable contre la force de ressorts par une pression différentielle. La valve représentée possède un corps 30 dans lequel est ménagé un alésage longitudinal central 35. Cet alésage 35 est borgne et son extrémité ouverte est fermée par un bouchon à vis 39. A l'intérieur de l'alésage 35 est guidé coulissant un piston 31 formant tiroir. Le piston 31 définit trois chambres à l'intérieur de l'alésage 35 : deux chambres latérales de poussée 36, 37 disposées respectivement à droite et à gauche du piston 31 et une chambre centrale 38 définie dans le corps du piston. A l'intérieur des chambres latérales 36, 37 sont disposés des ressorts de pression respectivement 32, 33.Ces chambres 36, 37 sont de plus alimentées respectivement par de l'huile à la pression Pram en provenance de la rampe principale 7 via la conduite de piquage 6 et par de l'huile à la pression Pref fournie par les moyens générateurs de pression via la conduite 4. La chambre centrale 38 est mise en communication avec la conduite de refoulement 2 de la pompe de pression 1 et suivant la position du tiroir 31 avec la conduite 10 d'amenée de l'huile à la rampe principale 7 du bloc moteur et/ou la conduite 8 de retour vers un réservoir de décharge à savoir le carter inférieur 11. Le fonctionnement de la valve 3 est le suivant. Lorsque la pression de consigne Pref égale la pression à la rampe principale Pram, le piston 31 occupe sa position centrale d'équilibre toute l'huile refoulée par la pompe 1 est acheminée au bloc moteur. Lorsque la pression Pref devient inférieure à la pression Pram, le piston 31 en déséquilibre se déplace donc vers la gauche libérant la conduite 8 de retour à la réserve 11. Une partie du débit d'huile est alors détournée du bloc moteur ce qui a pour effet de diminuer la pression de l'huile à la rampe principale 7. On a ainsi un dispositif qui régule la pression de l'huile de lubrification de façon qu'à chaque instant la valeur de la pression à la rampe principale 7 soit égale à la pression de consigne prédéterminée. Une telle régulation suppose bien évidemment un dimensionnement adéquat de la pompe de pression pour que cette dernière génère une pression toujours supérieure ou égale à la pression de consigne. Conformément à la figure 4, les moyens générateurs de pression de consigne 3 sont réalisés par un arbre rainuré 131 entraîné par l'arbre moteur et tournant à l'intérieur d'un logement correspondant défini dans un bâti. Le logement est alimenté en huile par la conduite d'aspiration 134 à partir d'une réserve d'huile tel que le carter inférieur 11. Cette huile est ensuite refoulée à la pression désirée dans la conduite 4. Les dimensions de l'arbre et des rainures sont soigneusement étudiées de façon que la pression de refoulement de l'huile suive avec le régime la caractéristique C préalablement définie (confère la description précédente de la figure 1). Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi il est possible d'engendrer une pression de consigne pour piloter la valve 3 à partir non plus de moyens purement mécaniques comme l'arbre rainuré 131 mais à partir d'une électrovanne commandée par un calculateur dans lequel on a entré la cartographie désirée. REVENDICATIONS [1] Procédé de lubrification pour moteur à combustion interne, équipant notamment les véhicules automobiles, utilisant une circulation sous pression de liquide de lubrification, tel que de l'huile, alimentant le moteur à travers les différentes rampes de lubrification (7,9) et notamment la rampe principale (7) desservant les paliers du vilebrequin, caractérisé en ce que la pression du liquide de lubrification est ajustée de façon à engendrer les frottements hydrodynamiques minimums lors du fonctionnement dudit moteur. [2] Procédé de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réguler en permanence la pression du liquide de lubrification en circulation de sorte que la valeur de la pression (Pram) dudit liquide à la rampe principale (7) soit sensiblement égale à une valeur prédéterminée de consigne (Pref), cette valeur de consigne étant dépendante d'un ou plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur. [3] Procédé de lubrification selon la revendication 2, caractérisé en ce ladite valeur de consigne (Pref) est déterminée expérimentalement au banc d'essai, pour chaque état de fonctionnement du moteur, comme étant la valeur de la pression du liquide de lubrification à la rampe principale qui minimise les frottements hydrodynamiques du vilebrequin sur ses paliers. [4] Dispositif de lubrification pour la mise en oeuvre du procédé de lubrification selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une pompe de pression (1) pour la mise en circulation du liquide de lubrification sous pression reliée au bloc moteur par un circuit d'amenée (2,10), le dit circuit (2,10) étant muni de moyens régulateurs de pression (3) du liquide de lubrification , lesdits moyens (3) étant pilotés par la pression (Pram) du liquide de lubrification à la rampe principale (7) d'une part et la pression de consigne (Pref) engendrée par des moyens générateurs de pression (13) d'autre part, ladite pression de consigne évoluant suivant au moins un paramètre de marche du moteur. [5] Dispositif de lubrification selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens régulateurs de pression du liquide de lubrification se composent d'une valve (3) présentant un alésage central (35) dans lequel débouchent : une conduite d'arrivée formée par la conduite de refoulement (2) de la pompe de pression (1) et deux conduites de sorties, l'une formée par la conduite d'amenée (10) au bloc moteur et l'autre constituée par une conduite de retour (8) à un réservoir de décharge (11) et un tiroir (31), mobile à l'intérieur dudit alésage (35) sous l'action antagoniste de la pression à la rampe principale (Pram) d'une part et de la pression de consigne (Pref) d'autre part, assurant la répartition du liquide de lubrification refoulé par la pompe de pression (1) entre les deux conduites de sorties (8,10). [6] Dispositif de lubrification selon l'une quelconque des revendications 4 a 5, caractérisé en ce que les moyens générateurs de pression engendrant la pression de consigne sont réalisés par un arbre rainuré (131), tournant à l'intérieur d'un logement correspondant, et entraîné à partir du vilebrequin du moteur. [7] Dispositif de lubrification selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que les moyens générateurs de pression engendrant la pression de consigne sont réalisés par une électrovanne pilotée par un calculateur.