Brevet FR2903725A1 — publié le 20080118

Rampe d'huile principale refroidie d'un carter de moteur L'invention concerne le domaine du refroidissement des moteurs à combustion interne, à refroidissement à eau. L'invention concerne notamment l'amélioration de l'évacuation de chaleur transmise à l'huile de 5 lubrification du moteur. Dans les moteurs à combustion interne, la chaleur due aux frottements et à la combustion de carburant, est évacuée, par exemple, pour maintenir la température de l'huile de lubrification dans une plage de fonctionnement déterminée située, par exemple, autour de 100 C. Dans les 10 moteurs à refroidissement à eau, la chaleur est principalement évacuée via un circuit de refroidissement à eau, qui comprend une chambre d'eau. La chambre d'eau est disposée autour des cylindres, dans le carter du moteur, également appelé carter cylindres. Le liquide de refroidissement est ensuite refroidi dans un radiateur qui évacue la chaleur dans l'air. La chaleur est 15 aussi évacuée dans l'air directement par le carter du moteur ou par l'huile de lubrification ou par les gaz d'échappement. Une conduite d'huile de lubrification d'un moteur à combustion interne est par exemple décrite dans le brevet US 4,702,204. La conduite d'huile décrite est une conduite secondaire d'alimentation de la partie 20 supérieure du moteur, réalisée contre la chambre d'eau du moteur. L'huile pour le graissage de la partie supérieure du moteur, est ainsi refroidie par la chambre d'eau, à travers une cloison commune. Cette configuration est utilisée dans la plupart des moteurs à refroidissement par eau et est associée à un échangeur de chaleur à huile et eau. 25 Un problème technique est que les échangeurs de chaleur à huile et eau sont dimensionnés en fonction de leur taux de refroidissement de l'huile et que leur taille augmente avec la puissance croissante des moteurs tandis que les compartiments moteur, dans les véhicules actuels, sont de plus en plus réduits. Les modes de réalisation des véhicules actuels, selon des 30 impératifs esthétiques et fonctionnels, imposent en effet une réduction du 2903725 2 compartiment moteur, tandis que les moteurs fabriqués sont de plus en plus puissants et nécessitent un refroidissement de plus en plus important de l'huile de lubrification. La demande de brevet US 2002/0170524 enseigne un circuit d'huile pour la lubrification d'un moteur à combustion interne. Ce document enseigne, notamment dans un mode particulier de réalisation, une cavité de circulation de l'huile intégrée au bloc moteur, montant le long d'une chemise de refroidissement par eau et débouchant dans un réservoir d'huile équipé d'un élément de refroidissement par l'air. Cet élément de refroidissement est disposé contre le réservoir d'huile, au niveau d'une paroi latérale du bloc moteur. Cependant la mauvaise conduction thermique de l'air et la faible circulation de l'huile stockée dans le réservoir rend le refroidissement de l'huile inefficace malgré les ailettes de refroidissement qui équipent la paroi externe du réservoir. La présente invention a pour objet de remédier à un ou plusieurs inconvénients de l'art antérieur en proposant un circuit de lubrification dans un carter d'un moteur à refroidissement à eau, dans lequel le refroidissement de l'huile de lubrification par le circuit de refroidissement est accru et permettant ainsi d'augmenter la puissance du moteur par rapport à la taille du refroidisseur à huile et eau. Cet objectif est atteint grâce à une rampe principale d'huile dans un carter de moteur, le carter de moteur comportant au moins une chambre d'eau, la rampe principale d'huile comprenant un orifice de communication avec un filtre à huile alimentant la rampe principale d'huile, la rampe alimentant au moins une conduite secondaire d'huile, caractérisé en ce que la rampe principale d'huile s'étend le long de la chambre d'eau, au moins une partie de la rampe principale d'huile étant disposée sous la chambre d'eau et se prolongeant sur le côté de la chambre d'eau vers l'extérieur du carter moteur. Selon une autre particularité, la rampe principale d'huile s'étend sur toute la longueur de la chambre d'eau. 2903725 3 Selon une autre particularité, au moins une partie de la rampe principale d'huile serpente le long de la chambre d'eau à une distance déterminée de la chambre d'eau. Selon une autre particularité, la conduite secondaire relie la rampe 5 principale d'huile à la partie supérieure du moteur, en longeant la chambre d'eau. Un autre objectif est d'augmenter les échanges thermiques entre le circuit d'huile et l'air dans le compartiment moteur. Selon une autre particularité, le carter de moteur comporte des 10 ailettes de refroidissement disposées au moins au niveau de la rampe principale d'huile. L'invention, ses caractéristiques et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux figures référencées ci-dessous : 15 - la figure 1 représente une vue en perspective et en coupe d'une rampe d'huile principale dans un carter de moteur selon l'invention ; - la figure 2 représente un détail de la figure 1 ; - la figure 3 représente une autre vue en perspective et en coupe d'une rampe d'huile principale dans du carter de moteur selon l'invention ; 20 - la figure 4 représente un détail de la figure 3 ; - la figure 5 représente une vue en perspective des positions relatives du noyau du circuit d'huile et du noyau de la chambre d'eau, dans le moule du carter de moteur selon l'invention ; - la figure 6 représente un détail en coupe de la figure 5 ; 25 - la figure 7 représente une vue en perspective et en coupe d'un carter de moteur selon l'art antérieur ; - la figure 8 représente une autre vue en perspective et en coupe du carter de moteur selon l'art antérieur ; L'invention va à présent être décrite en référence aux figures 30 précédemment citées. Les moteurs à refroidissement à eau comprennent un circuit de refroidissement dans lequel circule un liquide de refroidissement. La circulation du liquide de refroidissement est activée par une pompe 2903725 4 insérée dans le circuit de refroidissement. Le circuit de refroidissement comprend une chambre (2) d'eau disposée autour des cylindres, dans un carter (100) de moteur, également appelé carter cylindres. La chambre d'eau s'étend en longueur, dans la largeur du moteur, par exemple le long des 5 cylindres disposés en ligne. Lors du passage du liquide de refroidissement dans la chambre (2) d'eau, le liquide de refroidissement absorbe de la chaleur dégagée par le carter de moteur. Le dégagement de chaleur est du, par exemple, à la combustion de carburant et aux frottements des pièces mécaniques. Le circuit de refroidissement comprend aussi un radiateur en 10 contact avec l'air qui réalise un refroidissement du liquide circulant dans le circuit de refroidissement. La lubrification du moteur permet de réaliser les liaisons mécaniques entre les pièces en mouvement. Un circuit de lubrification apporte de l'huile de lubrification aux différentes pièces à lubrifier. Le carter (100) de moteur 15 comprend par exemple une cuvette d'huile recueillant l'huile s'écoulant sous la force gravitationnelle. L'huile de la cuvette est aspirée par une pompe, par exemple, via une crépine à l'extrémité d'une conduite reliée à la pompe. L'huile sous pression, sortant de la pompe, est refoulée dans un filtre à huile. Cette huile filtrée alimente une rampe (1) principale d'huile. 20 La figure 1 représente la rampe (1) principale d'huile selon l'invention, agencée dans le carter (100) de moteur. Le filtre à huile est disposé sur le carter de moteur dans un logement (3) pour le filtre à huile, communicant avec la rampe (1) principale d'huile par un orifice (31) dans la rampe (1) principale. La figure 1 qui représente une vue en coupe selon un 25 plan horizontal, perpendiculaire aux axes (Al) des cylindres, fait apparaître, dans le plan de coupe, la rampe (1) principale d'huile et la chambre (2) d'eau. Cette particularité permet d'augmenter le refroidissement de l'huile par la chambre (2) d'eau. L'huile refroidie dans la rampe (1) principale d'huile alimente ensuite des conduites secondaires, par exemple, vers les paliers 30 (5) de vilebrequin. La rampe (1) principale d'huile alimente aussi une rampe secondaire, montant le long de la chambre (2) d'eau, pour graisser des pièces dans la partie supérieure du moteur, comme décrit dans le brevet US 2903725 5 4,702,204. De façon avantageuse, l'ensemble de l'huile injectée dans les conduits d'alimentation, est refroidi au niveau de la rampe (1) principale d'huile. Au contraire, selon le brevet US 4,702,204 de l'art antérieur, le refroidissement réalisé au niveau de la conduite secondaire montante, ne 5 permet pas, par exemple, le refroidissement de l'huile injectée vers le vilebrequin. De plus dans la présente invention, la conduite secondaire d'huile, montant le long de la chambre (2) d'eau, pour graisser des pièces dans la partie supérieure du moteur, est aussi refroidie par la chambre (2) d'eau. 10 La figure 3 montre une vue en perspective et en coupe du carter (100) de moteur selon l'invention, selon un plan de coupe perpendiculaire à l'axe (A2) de rotation du vilebrequin et passant par un axe (Al) de symétrie d'un cylindre. La rampe (1) principale d'huile comprend une partie sous la chambre (2) d'eau qui se prolonge par une partie sur le côté de la chambre 15 (2) d'eau, vers l'extérieur du carter (100) de moteur. Le détail de la figure 4 fait apparaître en coupe une cloison (6) du carter (100) de moteur, d'épaisseur quasiment constante, séparant la chambre (2) d'eau de la rampe (1) principale d'huile. Cette paroi de séparation, qui s'étend sous la chambre (2) d'eau et sur le côté de la chambre (2) d'eau, vers l'extérieur du carter 20 (100) de moteur, permet de favoriser un échange de chaleur entre la rampe (1) principale d'huile et la chambre d'eau et donc de refroidir efficacement l'huile de lubrification circulant dans la rampe (1) principale d'huile, par la chambre (2) d'eau. La partie de cette cloison (6) sur le côté de la chambre d'eau et vers l'extérieur du carter (100) de moteur, apparaît notamment sur la 25 figure 1. La figure 5 représente des noyaux utilisés lors du moulage du carter (100) de moteur pour réaliser la chambre (2) d'eau et les conduites d'huile, en particulier la rampe (1) principale d'huile. Le noyau (300) utilisé pour réaliser la chambre (2) d'eau comprend, par exemple une paroi entourant les 30 cylindres. La position du noyau (300) de la chambre (2) d'eau, représenté à la figure 5, relativement au noyau (201, 205, 207) des conduites d'huile, est similaire à sa position lors du moulage du carter (100) de moteur. Le noyau 2903725 6 pour les conduites d'huile comprend, par exemple, une partie (201) principale sensiblement horizontale pour réaliser la rampe (1) principale d'huile dans le carter (100) de moteur, des parties (205) descendantes liées à la partie principale pour réaliser les conduites de graissage du vilebrequin et une 5 partie (207) montante liée à la partie principale pour réaliser la conduite de graissage de la partie supérieure du moteur. Un détail de la figure 5 représenté sur la figure 6, montre la section de la partie (201) du noyau pour la rampe (1) principale d'huile, disposée à côté du noyau (300) de la chambre (2) d'eau. La section du noyau (300) de 10 la chambre (2) d'eau est quasiment rectangulaire, arrondie aux angles et avec ses bords longs quasiment verticaux. La section du noyau (201) de la rampe (1) principale d'huile comporte une surface quasiment rectangulaire, arrondie en ses angles inférieurs et en son angle supérieur disposé vers l'intérieur du carter (100) de moteur. Le côté de la surface rectangulaire et 15 son coin supérieur vers l'extérieur du carter, se prolongent vers le haut et vers l'extérieur du carter (100) de moteur par une surface en oblique, entourant en partie le noyau (300) de la chambre (2) d'eau. Un premier espace (E6) déterminé, de section en quart de cercle, est laissé libre entre ces noyaux pour réaliser, après le coulage, la cloison (6) fine entre la rampe 20 (1) principale d'huile et la chambre (2) d'eau. De façon connue, un deuxième espace est laissé libre entre le noyau (300) de la chambre (2) et le noyau (207) de la conduite montante, pour réaliser une conduite secondaire d'huile montante refroidie, comme décrite dans le brevet US 4,702,204. La partie (201) du noyau servant pour réaliser la rampe (1) principale 25 d'huile, est réalisée avec une section d'épaisseur minimum déterminée, afin d'être suffisamment rigide pour d'une part résister aux manipulations et d'autre part résister lors de l'arrivée du métal en fusion durant la coulée du carter (100) de moteur. De manière non limitative, le carter (100) de moteur est réalisé en fonte ou aluminium. La position relative de la rampe (1) 30 principale d'huile, en dessous et sur le côté de la chambre (2) d'eau implique un pont thermique entre la chambre (2) d'eau et la rampe (1) principale 2903725 7 d'huile, indépendamment des matériaux utilisés pour le carter (100) de moteur. Selon le détail du carter (100) de moteur représenté à la figure 2, la chambre (2) d'eau ne présente pas une limite extérieure plane, mais 5 comporte des variations géométriques. La chambre (2) d'eau entoure en effet l'ensemble des cylindres (7) en suivant leur contour, à une distance minimum déterminée. La rampe (1) principale d'huile suit la forme de la chambre (2) d'eau, pour conserver une épaisseur minimum déterminée de paroi (6) séparant la chambre (2) d'eau et la rampe (1) principale d'huile. 10 Cette paroi (6) de séparation est par exemple représentée à la figure 4 selon une coupe verticale comporte une section verticale quasiment en quart de cercle et une section horizontale qui serpente le long de la chambre (1) d'eau. La rampe (1) principale serpente avantageusement le long de toute la longueur de la chambre (2) d'eau, ce qui favorise les échanges thermiques. 15 De manière non limitative, des ailettes (4) de refroidissement sont réalisées contre la paroi extérieure du carter (100) de moteur, comme représentées aux figures 1 et 2. Ces ailettes sont disposées au niveau de la rampe (1) principale d'huile pour améliorer le refroidissement de l'huile circulant dans la rampe (1) principale. Un échange de chaleur se produit 20 entre l'huile et l'air de l'environnement du carter (100) de moteur, à travers les ailettes de refroidissement du carter (100) de moteur. Les ailettes par exemple disposées verticalement, ont une hauteur, par exemple, comprise dans une plage déterminée. Les ailettes de refroidissement couvrent, par exemple, une hauteur comprise entre la moitié de la hauteur (H) de la section 25 de la rampe (1) principale d'huile et cinq fois cette hauteur. Les ailettes de refroidissement ont l'avantage d'augmenter la surface de contact du carter (100) de moteur avec l'air et de favoriser la dissipation de chaleur dans l'air. De plus la circulation de l'huile, dans la rampe (1) principale d'huile, favorise les échanges thermiques dans le fluide et avec le carter (100) de moteur. La 30 surface de la section transversale de la rampe (1) principale d'huile, est réalisée supérieure ou égale à celle d'une rampe selon l'art antérieur, la 2903725 8 circulation d'huile dans la rampe (1) principale selon la présente invention n'est ainsi pas ralentie, en comparaison à l'art antérieur. Dans un autre exemple de réalisation, la surface extérieure du carter (100) de moteur, en regard de la rampe (1) principale d'huile comprend des 5 ailettes de refroidissement disposées horizontalement. Selon un mode de réalisation, la surface extérieure du carter (100) de moteur, en regard de la conduite secondaire montant le long de la chambre (2) d'eau et servant pour le graissage de la partie supérieure du moteur, comprend des ailettes de refroidissement disposées 10 horizontalement ou verticalement. Les figures 7 et 8 représentent un exemple comparatif de carter (101) cylindres selon l'art antérieur. Sur la figure 7, le plan de coupe perpendiculaire aux axes (Al) des cylindres (7), coupe la rampe principale mais pas la chambre d'eau du carter (101) cylindres selon l'art antérieur. La 15 vue selon une coupe verticale de la figure 8, montre en effet que la rampe principale selon l'art antérieur est disposée sous la chambre d'eau selon l'art antérieur. Les échanges thermiques sont donc limités en comparaison de la présente invention. Le carter (100) de moteur, selon la présente invention, est 20 avantageusement réalisé par moulage. Ainsi la réalisation du carter selon présente invention, ne nécessite pas d'usinage supplémentaire par rapport à un carter selon l'art antérieur. Une modification par rapport à l'art antérieur concerne la réalisation des noyaux permettant de réaliser les parties creuses moulées du carter (100) de moteur. Le noyau de la chambre (2) d'eau est en 25 effet baissé d'une hauteur déterminée, comprise par exemple entre 1 et 10 millimètres. Une modification du moulage extérieur du carter (100) de moteur apparaît de manière non limitative, si le carter (100) de moteur comporte des ailettes de refroidissement. Si le carter (100) de moteur selon l'invention est réalisé sans ailettes de refroidissement, l'aspect extérieur et l'encombrement 30 du carter (100) de moteur selon l'invention, est inchangé par rapport à un carter selon l'art antérieur. Mais dans le cas où le carter (100) de moteur selon l'invention est réalisé avec des ailettes de refroidissement, en regard 2903725 9 de la rampe (1) principale d'huile ou de la conduite montant le long de la chambre (2) d'eau, l'encombrement supplémentaire apporté par les ailettes disposées de façon précise, est minime, par rapport à un carter (101) selon l'art antérieur. 5 De façon avantageuse, le refroidissement de l'huile permet de diminuer le taux de refroidissement de l'échangeur de chaleur à huile et eau pour un moteur de même puissance, c'est-à-dire que la taille de cet échangeur de chaleur peut être réduite. De manière non limitative, la rampe selon l'invention s'adapte sur 10 différents types de moteur à refroidissement à eau, comme par exemple des moteurs comportant des cylindres en V . La rampe principale d'huile selon l'invention est disposée de même sous une portion de la chambre d'eau, et se prolonge sur le côté de la chambre pour entourer partiellement la chambre d'eau. 15 II doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être 20 modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Rampe (1) principale d'huile dans un carter (100) de moteur, le carter (100) de moteur comportant au moins une chambre (2) d'eau, la rampe (1) principale d'huile comprenant un orifice (31) de communication avec un filtre à huile alimentant la rampe (1) principale d'huile, la rampe (1) principale d'huile alimentant au moins une conduite secondaire d'huile, caractérisé en ce que la rampe (1) principale d'huile s'étend le long de la chambre (2) d'eau, au moins une partie de la rampe (1) principale d'huile étant disposée sous la chambre (2) d'eau et se prolongeant sur le côté de la chambre (2) d'eau vers l'extérieur du carter (100) moteur. 2. Rampe (1) principale d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle s'étend sur toute la longueur de la chambre (2) d'eau. 3. Rampe (1) principale d'huile selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la rampe (1) principale d'huile serpente le long de la chambre d'eau à une distance déterminée de la chambre (2) d'eau. 4. Rampe (1) principale d'huile selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la conduite secondaire relie la rampe (1) principale d'huile à la partie supérieure du moteur, en longeant la chambre (1) d'eau. 5. Rampe (1) principale d'huile selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le carter (100) de moteur comporte des ailettes (4) de refroidissement disposées au moins au niveau de la rampe (1) principale d'huile.