Brevet FR2897891A1 — publié le 20070831

Procédé et dispositif de lubrification à huile pour un moteur à combustion interne ainsi que moteur à combustion comportant un tel dispositif La présente invention concerne un procédé et un dispositif de lubrification à huile pour un moteur à combustion interne, ainsi qu'un moteur à combustion interne comportant un tel dispositif de lubrification. La réglementation récente visant à réduire la pollution et l'émission de CO2 impose aux constructeurs d'automobiles de réduire la consommation des moteurs. Une voie d'exploration est la réduction des pertes moyennes par frottement par l'utilisation de roulements. Dans cet esprit, différents programmes de recherche visent au remplacement des paliers hydrodynamiques usuels, tels les paliers du vilebrequin, les paliers du ou des arbres à cames et les têtes de bielles, par des paliers sur roulements. La lubrification de ces roulements constitue un enjeu important du concept "moteur sur roulements", car il faut garantir une quantité suffisante d'huile aux roulements pour assurer leur lubrification et leur refroidissement. Pour la lubrification de pièces tournantes, il y a essentiellement trois possibilités, à savoir la lubrification par de l'huile sous pression, généralement utilisée pour les moteurs à combustion interne, la lubrification avec des graisses lubrifiantes qui présentent l'inconvénient de risquer d'être éloignées des pièces tournantes sous l'effet de centrifugation, ce qui rendrait la lubrification sans effet, et la lubrification à huile pulvérisée qui, selon des premiers tests, s'est avérée comme avantageuse sur plusieurs plans. Le but de l'invention est de proposer un procédé de 35 lubrification adapté à un moteur à combustion interne comportant des paliers à roulement. Ce but est atteint par un procédé comportant l'acheminement de l'huile sous pression à la culasse où elle est évaporée pour générer un brouillard d'huile servant à la lubrification des roulements des paliers. L'invention propose ainsi un concept de circuit de lubrification d'un moteur à combustion interne ayant des paliers sur roulements, qui utilisent à la fois de l'huile sous pression et de l'huile sous forme de vapeur ou brouillard. Ce procédé permet la lubrification des paliers à roulement et donc la réduction des pertes moyennes par frottement du moteur afin d'obtenir une réduction de la consommation en carburant d'un moteur à combustion interne. L'invention a également pour objet un dispositif de lubrification pour un moteur à combustion interne ayant un bloc-moteur, un carter et une culasse et comportant des paliers sur roulements, l'huile provenant d'un réservoir d'huile et étant mise sous pression par une pompe à huile. Ce dispositif comprend des conduits pour l'acheminement de l'huile sous pression qui débouchent dans la culasse par des orifices conformées pour obtenir la vaporisation de l'huile et former un brouillard d'huile. Ce dispositif comprend de plus des cheminées par lesquelles le brouillard d'huile est diffusé dans le bas du carter. Ce concept répond à la fois aux contraintes liées à la lubrification d'un moteur à combustion interne classique et aux contraintes spécifiques aux roulements. D'autres systèmes de lubrification sont basés sur le principe de goutte à goutte comme dans les motocycles ou par des systèmes de vaporisation de l'huile dans le bas carter par l'intermédiaire de gicleurs ou de pissettes. Grâce aux dispositions de l'invention, l'huile du moteur est acheminée sous pression jusqu'à la culasse, où est formé un brouillard d'huile qui est utilisé à la fois dans la culasse pour la lubrification des roulements de l'arbre à cames et dans le bas carter pour la lubrification des roulements paliers du vilebrequin et des roulements des têtes de bielles. La vaporisation de l'huile est obtenue, de préférence, par des perçages de linguets jusqu'auxquels l'huile est amenée sous pression et où, à leur sortie vers les roulements à lubrifier, est généré le brouillard d'huile ambiant. L'huile utilisée descend ensuite vers le carter par des cheminées, selon l'invention percées à la hauteur de la mandoline (c'est-à-dire au niveau balayé par les têtes de bielles). Selon une variante de réalisation, on ajoute des déflecteurs sur les parois des cheminées afin de donner à l'huile une orientation optimisée vers le contrepoids du vilebrequin. Cette disposition permet d'améliorer le brassage et la diffusion du brouillard d'huile dans le bas carter. Ce brassage assure la lubrification et le refroidissement des roulements de manetons et de tourillons. Ainsi, la lubrification des segments du piston et des chemises est également garantie à moindre coût. Le dispositif de l'invention présente un certain nombre d'avantages parmi lesquels figurent notamment : - les roulements sont lubrifiés et refroidis de manière simple et, notamment, sans aucun organe spécifique additionnel; - le volume de la pompe à huile peut être réduit, puisque les consommateurs d'huile sous pression sont moins nombreux; la diminution du volume de la pompe à huile réduit la partie de puissance qu'elle prélève au moteur à combustion interne, ce qui contribue à réduire la consommation de carburant; la pression de régulation de la pompe peut être réduite, puisque le besoin en est modifié; le niveau de pression d'huile à atteindre étant lié à l'utilisation de gicleurs ou de pissettes au niveau des têtes de bielles; c'est la pression minimale qui garantit un jet optimal pour assurer le refroidissement des fonds de piston et la lubrification des segments du piston et des chemises; la diminution du niveau de pression de la cible contribue également à réduire la consommation de carburant du moteur thermique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés. Dans ces dessins . la figure 1 représente schématiquement la disposition des différents éléments du dispositif de l'invention, - la figure 2 rappelle schématiquement la lubrification d'un palier d'un arbre à cames avec de l'huile sous pression, - la figure 3 montre schématiquement la lubrification des paliers sur roulements avec de l'huile vaporisée au moyen du dispositif de l'invention et - la figure 4 montre schématiquement le perçage des cheminées à la hauteur de la mandoline avec des déflecteurs. La figure 1 montre très schématiquement la disposition des différents éléments du dispositif de l'invention dans un moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne est représenté par ses trois parties principales, à savoir un bloc moteur 1, un carter 2 et une culasse 3. Le bloc moteur 1 comporte les cylindres représentés par une chemise 4 et un piston 5 avec une bielle 6 reliée à un vilebrequin 7 par des roulements de manetons 8. Le vilebrequin 7 est monté sur des paliers se présentant sous la forme de roulements de tourillons 9. La culasse 3 comporte deux arbres à cames 10, 11 montés dans la culasse 3 sur des roulements 12, 13. Les arbres à cames 10, 11 agissent respectivement sur l'un ou sur l'autre de deux linguets 14, 15 agissant respectivement sur une valve 16 ou une valve 17. Le bloc moteur 1 et la culasse 3 comportent des premiers conduits 18 destinés à acheminer de l'huile sous pression à la culasse 3. Les premiers conduits 18 débouchent dans la culasse 3 par des orifices 19 (voir figures 2 et 3) conformés pour obtenir la vaporisation de l'huile au moment de sa sortie dans la culasse 3. Le bloc moteur 1 comprend par ailleurs des cheminées 20 destinées à conduire l'huile vaporisée, collectée après son utilisation dans la culasse 3, vers le bloc moteur 1 où les cheminées 20 débouchent par des orifices 21 conformés pour faire entrer l'huile vaporisée dans le bloc moteur 1 et dans le haut du carter 2 sous la forme d'un brouillard d'huile. Le dispositif de l'invention est ainsi conçu et implanté dans le moteur thermique de façon que de l'huile provenant d'un réservoir d'huile habituellement formée par le carter 2, mais pouvant tout aussi bien provenir d'un réservoir extérieur au moteur, est mise sous pression par une pompe à huile et est acheminée par les premiers conduits 18 vers la culasse 3 et plus précisément vers les linguets 14, 15 des culbuteurs commandant les soupapes 16, 17. Les linguets 14, 15 sont percés de manière à assurer la lubrification par huile sous pression des butées hydrauliques de l'arbre à cames et, ensuite, pour assurer la lubrification par de l'huile vaporisée des paliers sur roulements 12, 13 des deux arbres à cames 10, 11. L'huile vaporisée et non retenue par les pièces à lubrifier est collectée et acheminée par les cheminées 20 vers le bloc moteur 1 dans lequel l'huile vaporisée est dirigée d'une part vers les roulements du vilebrequin, à savoir les roulements 8 de manetons et les roulements 9 de tourillons. Les vapeurs d'huile sont également orientées vers la face inférieure des pistons 5 et vers la paroi des chemises 4. Pour améliorer la qualité de la lubrification par l'huile vaporisée, les cheminées 20 sont avantageusement pourvues de déflecteurs 23 disposés sur les parois des cheminées comme illustrés sur la figure 4. Dans une première variante, l'invention peut s'appliquer à des moteurs dont l'arbre à cames est muni de paliers conventionnels mais présentant en bas de carter, par exemple pour les manetons et/ou les tourillons des paliers à roulement. La figure 2 rappelle schématiquement la lubrification d'un arbre à cames ayant des paliers lisses classiques par de l'huile sous pression, l'huile sortant alors par des perçages assurant l'arrivée de l'huile sous pression aux butées hydrauliques de l'arbre à cames. Les paliers lisses des arbres à cames sont lubrifiés par un canal 24 dans lequel l'huile sous pression est acheminée directement aux paliers par les canaux 24. Par ailleurs, un brouillard est généré au niveau des linguets percés. Dans la seconde variante, illustrée avec la figure 3, l'arbre à cames comporte également des paliers à roulements. L'huile sous pression arrive par les premiers conduits 18 desquels elle sort par les perçages 19 pour lubrifier les butées hydrauliques des arbres à cames. Ensuite, l'huile sous pression continue jusqu'à un perçage 25 conformé pour obtenir la vaporisation de l'huile au moment de sa sortie dans la culasse 3. Dans les deux variantes, le brouillard d'huile est renvoyé en bas de carter par des cheminées comme indiqué précédemment.30 REVENDICATIONS 1. Procédé de lubrification d'un moteur à combustion interne comportant des paliers sur roulements comportant l'acheminement de l'huile sous pression à la culasse où elle est vaporisée pour générer un brouillard d'huile servant à la lubrification des roulements des paliers. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel 10 les roulements lubrifiés par le brouillard d'huile sont des roulements de paliers de manetons. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, selon lequel les roulements lubrifiés par le brouillard d'huile sont des roulements de paliers de tourillons. 15 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel les roulements lubrifiés par le brouillard d'huile sont des roulements de paliers d'arbre à cames. 5. Dispositif de lubrification à huile pour un 20 moteur à combustion interne ayant un bloc-moteur (1), un carter (2) et une culasse (3) et comportant des paliers sur roulements, l'huile provenant d'un réservoir d'huile et étant mise sous pression par une pompe à huile, caractérisé en ce qu'il comprend des conduits (18) 25 pour l'acheminement de l'huile sous pression, ces conduits (18) débouchant dans la culasse (3) par des orifices (25) conformées pour obtenir la vaporisation de l'huile et former un brouillard d'huile et des cheminées (20) par lesquelles le brouillard d'huile est diffusé 30 dans le bas du carter. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les orifices (25) sont des perçages (25) pratiqués dans des linguets des culbuteurs du moteur. 35 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par des déflecteurs (23) disposés en sortiedes cheminées (20) pour orienter le brouillard d'huile vers des tourillons du vilebrequin. 8. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des 5 revendications 5 à 7 9. Moteur à combustion interne selon la revendication 8 dont l'arbre à cames comporte des paliers à roulements lubrifiés par le brouillard d'huile. 10. Moteur à combustion interne selon la 10 revendication 8 dont le vilebrequin est associé à des tourillons et/ou des manetons comportant des paliers à roulements lubrifiés par le brouillard d'huile.