Brevet FR2915233A1 — publié le 20081024

Système de lubrification autonome d'organes mécaniques d'une culasse de moteur DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne le dornaine de la lubrification de mécanismes dans des moteurs thermiques, notamment de véhicules automobiles. L'invention concerne plus particulièrement un système de lubrification autonome d'organes mécaniques d'une culasse de moteur et une culasse disposant d'une lubrification autonome. L'invention concerne également une utilisation d'une roue dentée ou à palette dans une culasse to de moteur. ARRIERE:-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Il est connu d'utiliser de l'huile sous pression provenant du circuit de lubrification du carter cylindre pour lubrifier des organes métalliques d'une culasse d'un moteur. Un inconvénient de ce type de lubrification est la 15 nécessité d'un climensionnement de la pompe à huile pour l'ensemble, une plus grande quantité d'huile devant être embarquée pour le besoin de la culasse. De plus, l'huile se charge de matière charbonneuse au contact des gaz de combustion qui passent par la segmentation, et devient ainsi moins performante pour les contacts de la distribution dans la culasse. Cette huile 20 vieillit et toute l'huile doit être remplacée à chaque vidange. Ce type de solution est donc coûteux sans atteindre les meilleures performances de lubrification. II est également connu, par le document FR 2 775 020, d'intégrer dans la culasse une réserve d'huile indépendante du carter cylindres, 25 permettant une lubrification des éléments internes de la culasse par barbotage. La réserve d'huile, située dans le fond de la culasse, ne permet pas toutefois de répartir correctement le graissage comme on le souhaiterait. Cette solution nécessite plus d'huile (donc un volume d'huile à remplacer plus important lors des vidanges) et ne permet pas une lubrification sélective 30 des éléments de la distribution. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs inconvénients de l'art antérieur en proposant un système de lubrification de la culasse qui est autonome et permet de lubrifier efficacement des éléments internes de la culasse (paliers de l'arbre à cames et queues de soupape et rouleaux distributeurs). Ce but est atteint par un système de lubrification autonome d'organes mécaniques d'une culasse de moteur, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de lubrifiant (appelé également circuit d'huile) s'étendant entre un to point haut et un point bas de la culasse, le point haut alimentant en lubrifiant un système de canalisation pour réaliser la lubrification, et des moyens de transport pour faire circuler le lubrifiant depuis ledit point bas vers le point haut du circuit, le système de canalisation amenant le lubrifiant vers au moins un point en hauteur situé au-dessus des organes à lubrifier. 15 Ainsi, une lubrification autonome peut être réalisée avec un écoulement d'huile gravitaire, spécifiquement dans les zones à lubrifier. Le point haut peut servir à alimenter un réseau descendant de canalisations pour distribuer de l'huile directement sur les zones d'échauffement. Il s'agit d'une lubrification de la culasse qui est complètement indépendante de celle 20 prévue pour le carter cylindres. Le volume d'huile requis pour la culasse n'ayant pas besoin d'être mis sous pression, aucun pompage n'est requis au niveau de la culasse. Cela permet un dimensionnement de la pompe à huile plus petit (juste nécessaire au besoin du bas moteur). En outre, comme l'huile de la culasse n'est pas en contact avec les gaz de combustion, elle ~s peut être conservée plus longtemps voire à vie en fonction de ses qualités initiales. Dans ce qui suit, le lubrifiant est appelé huile, ces deux termes étant interchangeables comme peut l'apprécier l'homme du métier. Selon une autre particularité, les moyens de transport comprennent : 30 - des moyens de guidage pour guider de l'huile de façon ascendante à partir d'une zone d'arrivée d'huile située au niveau du point bas ; et une partie mobile ayant globalement une forme de roue dentée et entraînée en rotation par des moyens d'entraînement pour acheminer l'huile sur sa périphérie et le long des moyens de guidage, vers des moyens de réception d'huile affleurant à la partie mobile et constituant ledit le point haut. Selon une autre particularité, la partie mobile est une roue dentée ou à palette, entraînée en rotation via un arbre à cames introduit dans la culasse. Selon une autre particularité, le circuit comprend un collecteur d'huile incluant un canal en pente formé dans la culasse, ce canal débouchant d'un côté amont en dessous de l'arbre à cames et d'un côté aval dans l'espace où est logée la roue. Selon une autre particularité, les moyens de réception d'huile comprennent une extrémité amont d'une goulotte accolée à une surface d'un couvercle de la culasse (surface formant plafond). [s Selon une autre particularité, la goulotte s'étend selon un axe longitudinal de la culasse et alimente via des ramifications une pluralité de zones locales de lubrification. Selon une autre particularité, la goulotte distribue de l'huile dans des canaux de section et/ou d'inclinaison différente acheminant l'huile, le débit 20 d'huile étant ajusté par un dimensionnement de la section et de l'inclinaison de chaque canal, Selon une autre particularité, le système de canalisation pour réaliser la lubrification est à écoulement descendant et est placé au-dessus des paliers d'un arbre à cames et des queues de soupape et rouleaux 2s distributeurs. Selon une autre particularité, le circuit d'huile est dépourvu de pompe à huile et au moins le système de canalisation comprend des canalisations en pente pour faciliter un écoulement de l'huile. Ainsi, le système prévoit d'acheminer l'huile dans un point haut de la o culasse, l'huile pouvant ensuite s'écouler dans des canalisations en pente légère et être ainsi distribuée dans les zones de lubrification. Selon une autre particularité, le système comprend un volume de réserve d'huile communiquant avec le circuit d'huile au niveau dudit point bas. Selon une autre particularité, le circuit d'huile se divise en deux dans 5 la culasse comme suit : une partie de circuit descendante ; et un compartiment d'ascension d'huile renfermant les moyens de transport. Un objet supplémentaire de la présente invention est de proposer une i.o culasse de moteur permettant de réduire le volume d'huile requis pour la lubrification des organes mécaniques de la culasse, et de minimiser la cylindrée de la pompe à huile associée au moteur. A cet effet, l'invention concerne une culasse disposant d'une lubrification autonome, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit d'huile 15 qui se divise en deux dans la culasse comme suit : une partie de circuit descendante ; et un compartiment d'ascension d'huile, renfermant des moyens de transport incluant une roue entraînée en rotation. Ainsi, la culasse selon l'invention est avantageusement lubrifiée de 20 façon autonome et efficace avec un volume d'huile minimal. Selon une autre particularité, la partie de circuit descendante comporte un système de canalisation monté ou intégré sur le dessous d'un couvercle de la culasse pour acheminer et faire tomber de l'huile sur des organes mécaniques présents dans la culasse. 25 Selon une autre particularité, la culasse inclut un système selon l'invention. Un objet supplémentaire de la présente invention est de proposer une utilisation de moyens de transport d'huile dans une culasse de moteur, permettant la réalisation d'un circuit de lubrification autonome avec une 30 circulation de lubrifiant. A cet effet, l'invention concerne une utilisation d'une roue transporteuse dans une culasse de moteur, caractérisée en ce que l'entraînement en rotation de la roue sert dans un circuit d'huile à monter de l'huile d'un point bas du circuit vers un point haut du circuit, moyennant quoi l'huile peut s'écouler à partir dudit point haut par gravité vers des zones de lubrification d'organes mécaniques présents dans la culasse. Selon une autre particularité, la roue transporteuse est de type roue dentée ou à palette, placée à une extrémité d'un arbre à cames. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : ~o - la figure 1 représente un compartiment d'extrémité d'une culasse de moteur selon l'invention, incluant une roue transporteuse d'huile ; la figure 2 montre une vue de profil de la partie inférieure du compartiment de la figure 1, pour illustrer la circulation d'huile vers 15 le point bas du circuit de lubrification ; la figure 3 est une vue de dessus de la culasse de la figure 1 selon le plan de coupe B-B, illustrant la distribution d'huile via un système de canalisation ; la figure 4 est une vue selon le plan de coupe C-C de la culasse de 20 la figure 1, illustrant le retour d'huile vers le compartiment logeant la roue transporteuse ; - la figure 5 est une vue en coupe parallèle à la vue de la figure 1, illustrant la distribution d'huile au goutte à goutte sur des éléments qui ont besoin d'être lubrifiés dans la culasse. 25 DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION Le système selon l'invention permet une lubrification autonome d'organes mécaniques d'une culasse (1) de moteur, avec un volume de lubrifiant réduit. En référence à la figure 3, le système comprend dans la 30 culasse (1) un circuit de lubrification doté d'un dispositif de remontée d'huile (lubrifiant) et d'un système de canalisation (5) déversant depuis le point haut du circuit l'huile vers les zones de lubrification. Ainsi, la culasse peut être lubrifiée aux points nécessaires. Cette huile descend ensuite dans au moins un collecteur qui amène l'huile vers un niveau inférieur du dispositif de remontée. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, une roue (4) transporteuse, par exemple dentée ou à palette, est mise en rotation pour faire remonter l'huile. De façon connue en soi, la mise en route du moteur s'accompagne d'une mise en rotation de l'arbre à cames (3). Le système prévoit par exemple que l'arbre à cames fait tourner, directement ou o indirectement, la roue (4) transporteuse qui, par l'effet centrifuge, envoie l'huile dans une zone de réception (50) d'une goulotte (G). Cette goulotte (G) peut être légèrement inclinée pour favoriser la circulation de l'huile. La goulotte (G) canalise l'huile qui vient alimenter, au goutte à goutte, les différents éléments qui ont besoin d'être lubrifiés dans la culasse (1). 15 En référence à la figure 3, la goulotte (G) longitudinale constitue un collecteur d'entrée du système de canalisation (5). Ce dernier permet de répartir l'écoulement spécifiquement dans les zones à lubrifier. Dans l'exemple des figures 2 et 4, l'huile peut avantageusement être redirigée vers la roue (4) à l'aide d'au moins une pente dans la culasse (1) pour atterrir, par 20 une ouverture dans la culasse (1), dans une zone d'arrivée (E) située au bas de la roue (4) transporteuse. On bénéficie pour la culasse (1) d'un lubrifiant spécifique qui vieillit moins rapidement car le circuit fermé est indépendant du carter cylindres. Le circuit d'huile est disposé entre un point haut (12) et un point bas 25 (11), comme illustré à la figure 1. Le point haut (12) est la zone de réception (50) de la goulotte distributrice et le point bas (11) est situé dans la zone d'arrivée (E) d'huile au bas du dispositif de remontée. C'est pendant le trajet de descente qu'a lieu la lubrification. Le circuit se divise ainsi en deux : - la partie de circuit descendante, incluant le système (5) de 30 canalisation pour réaliser la lubrification ; et - le compartiment (30) d'ascension où est logée le dispositif de remontée. Le dispositif de remontée permet d'obtenir un circuit sans pompe et indépendant. Ce circuit forme globalement une boucle qui est renfermée à l'intérieur de la culasse (le compartiment (30) étant disposé préférentiellement à une extrémité de la culasse (1) comme illustré à la figure 3). En référence à la figure 1, le dispositif de remontée comprend des moyens de guidage (42) pour guider l'huile de façon ascendante à partir de la zone d'arrivée (E) et une partie mobile ayant globalement une forme de roue dentée (4). Cette partie mobile est entraînée en rotation par des moyens d'entraînement pour acheminer l'huile sur la périphérie de la roue (4) ~o et le long des moyens de guidage (42). L'huile remonte ainsi le long d'une paroi courbée des moyens de guidage (42) jusqu'à être projetée par la roue transporteuse (4) vers la zone (50) de réception affleurant à la partie mobile (4). Cette zone de réception (50) peut être formée à l'extrémité amont (en l'occurrence la plus haute) de la goulotte (G). Dans l'exemple des figures 1 et 15 5, la goulotte (G) est accolée à une surface, forrnant plafond, d'un couvercle de la culasse (1) En référence à la figure 3, la goulotte (G) s'étend selon un axe longitudinal de la culasse (1) et alimente via des ramifications une pluralité de zones locales de lubrification. Le système de canalisation (5) peut être monté ou intégré sur le dessous du couvercle de la culasse. Le 20 système de canalisation (5) pour réaliser la lubrification est avantageusement à écoulement descendant et est placé au-dessus de l'arbre à cames (3). Les extrémités libres des canaux et des orifices de ce système (5) permettent de faire tomber de l'huile précisément sur certains organes mécaniques présents dans la culasse (1), dans des zones à lubrifier. 25 Dans un mode de réalisation de l'invention, la goulotte (G) distribue de l'huile dans des canaux de section et/ou d'inclinaison différente et le débit d'huile est ainsi ajusté par un dimensionnernent de la section et de l'inclinaison de chaque canal. Plus généralement, chaque chemin de l'huile peut être calibré en fonction du besoin pour réguler le débit. 30 La lubrification s'effectue par le dessus, sur les organes mécaniques à lubrifier dans la culasse (1). Une fois l'huile déversée sur ces organes mécaniques, elle s'écoule vers le fond du logement pour l'arbre à cames (3), par exemple à la base d'un palier (32) de l'arbre à cames (3). A cet endroit, comme illustrée à la figure 4, le circuit peut comporter un collecteur d'huile incluant un canal en pente (ch) formé dans la culasse (1) pour permettre un retour de l'huile vers le dispositif de remontée. Ce canal (ch) débouche d'un côté amont en dessous de l'arbre à cames (3) et d'un côté aval dans l'espace où est logée la roue (4). En référence à la figure 2, le canal (ch) a son extrémité aval adjacente ~o à la roue. Le point bas (11) peut être alimenté en huile d'une part via une première arrivée d'huile communiquant avec le canal en pente (ch), et d'autre part via une seconde arrivée d'huile communiquant avec un réservoir d'huile (2). La seconde arrivée peut correspondre à une conduite horizontale, formée par un perçage (20) dans une paroi du réservoir (2). La première 15 arrivée se fait par descente de l'huile, via une entrée opposée au perçage (20). Dans l'exemple des figures 1 et 3, la roue transporteuse (4) est de type roue dentée (de type engrenage) ou à palette et est placée à une extrémité de l'arbre à cames (3). Les moyens de guidage (42) forment un 20 demi-cercle incliné orienté vers la zone de réception (50) de la goulotte (G). Un espace d'entrée dans la roue, au niveau du point bas (11) sépare les moyens de guidage (42) d'une paroi circulaire qui permet de ramener les quantités résiduelles d'huile ayant fait un tour complet au niveau de cet espace d'entrée. La goulotte (G) descend jusqu'au bord des dents ou 25 palettes (41) de la roue (4) et est ouverte latéralement pour recueillir un maximum d'huile projetée sous l'effet de la force centrifuge par la roue (4). Le demi-cercle des moyens de guidage (42) s'interrompt avant la goulotte (G), de façon à laisser s'échapper l'huile sur un secteur angulaire de l'ordre de 40-80 au sommet du dispositif de remontée. Ce secteur angulaire est 3a borné d'un côté par le fond de la goulotte (G) et de l'autre côté par l'extrémité supérieure du demi-cercle des moyens de guidage (42). Un plafond formé par exemple par le couvercle de la culasse supplée le demi-cercle pour le guidage de l'huile vers la zone de réception (50) de la goulotte (G). D'autres dispositifs de remontée connus peuvent être envisagés, par exemple avec des formes de roue légèrement différentes (avec des godets..), comme peut l'apprécier l'homme du métier. L'huile canalisée dans la zone de réception (50) se situe au point haut (12) du circuit et peut ensuite s'écouler par gravité vers le point bas (11), en empruntant les chemins dédiés dans la culasse (1). Les volumes morts sont donc quasiment éliminés dans le circuit de lubrification du système selon i.o l'invention. Comme indiqué par la flèche en bas de la figure 1, l'huile venant du réservoir (2) ou recirculée via le canal (ch) en pente est déplacée par la roue transporteuse (4). Le trajet (t1) illustré à la figure 1 montre la projection de l'huile sous l'effet de la force centrifuge dans la zone de réception (50) de la 15 goulotte (G). En référence à la figure 3, l'huile emprunte ensuite un trajet (t2) longitudinal dans la goulotte (G) et peut être répartie dans des canaux ramifiés (51, 52) raccordés à la goulotte (G). Certains de ces canaux (51) s'étendent dans la culasse (1) au-dessus de l'arbre à came (3) et s'interrompent pour déverser de l'huile sur les paliers (32) de l'arbre à 2o cames. D'autres de ces canaux (52) s'étendent sur une distance plus longue et déversent ainsi de l'huile notamment sur les culbuteurs de l'arbre à cames (3). La lubrification au goutte à goutte permet ainsi à des canaux (52) de lubrifier très localement des queues de soupape et des rouleaux de culbuteur. 25 Comme illustré dans les figures 3 et 4, le ou les chutes (t3) d'huile peuvent être réalisées verticalement sur les zones locales à lubrifier. Des orifices (55) de la goulotte (G) peuvent être prévus pour permettre la lubrification de zones placées sous la goulotte (G). On comprend ainsi que la quantité d'huile nécessaire à la lubrification est réduite et que l'apport d'huile 3o est bien réalisé aux endroits pertinents. Un des avantages de l'invention est de permettre d'apporter, au juste nécessaire, la bonne quantité d'huile à chaque point de la distribution dans la io culasse. La culasse peut être lubrifiée à l'aide d'un circuit d'huile complètement distinct du circuit d'huile haute pression du carter cylindre et sans requérir de pompe à huile spécifique. On bénéficie donc pour la culasse d'une huile spécifique qui vieillit moins rapidement puisqu'elle n'est pas polluée (pas de contact avec les gaz de combustion qui passent par la segmentation). Un avantage induit par l'invention est une diminution de la cylindrée de la pompe a huile, en raison de la diminution du volume d'huile sous pression. Ceci permet de n'alimenter que les éléments bas moteur, afin de ]o réchauffer l'huile du bas moteur plus rapidement. Il doit être évident pour les personnes du métier 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. REVENDICATIONS 1. Système de lubrification autonome d'organes mécaniques d'une culasse (1) de moteur, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de lubrifiant s'étendant entre un point haut (12) et un point bas (11) de la culasse, le point haut (12) alimentant en lubrifiant un système de canalisation (5) pour réaliser la lubrification, et des moyens de transport (4, 42) pour faire circuler le lubrifiant depuis ledit point bas (11) vers le point haut (12) du circuit, le système de canalisation (5) amenant le lubrifiant vers au moins un point en hauteur situé au-dessus des organes à lubrifier. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens (4, 42) de transport comprennent : des moyens de guidage (42) pour guider du lubrifiant de façon ascendante à partir d'une zone d'arrivée (E) de lubrifiant située au niveau du point bas (11) ; et - une partie mobile (4) ayant globalement une forme de roue dentée et entraînée en rotation par des moyens d'entraînement pour acheminer le lubrifiant sur sa périphérie et le long des moyens de guidage (42), vers des moyens (50) de réception de lubrifiant affleurant à la partie mobile (4) et constituant ledit le point haut (12). 3. Système selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la partie mobile (4) est une roue dentée ou à palette, entraînée en rotation via un arbre à cames (3) introduit dans la culasse (1). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel le circuit comprend un collecteur de lubrifiant incluant un canal en pente (ch) formé dans la culasse (1), ce canal (ch) débouchant d'un côté amont en dessous de l'arbre à cames (3) et d'un côté aval dans l'espace où est logée la roue. 5. Système selon une des revendications 2 à 4, dans lequel les moyens (50) de réception de lubrifiant comprennent une extrémité amontd'une goulotte (G) accolée à une surface formant plafond d'un couvercle de la culasse. 6. Système selon la revendication 5, dans lequel la goulotte (G) s'étend selon un axe longitudinal de la culasse (1) et alimente via des ramifications une pluralité de zones locales de lubrification. 7. Système selon la revendication 5 ou 6, dans lequel la goulotte (G) distribue du lubrifiant dans des canaux de section et/ou d'inclinaison différente acheminant du lubrifiant, le débit de lubrifiant étant ajusté par un dimensionnement de la section et de l'inclinaison de chaque canal. 8. Système selon une des revendications 1 à 7, dans lequel le système de canalisation (5) pour réaliser la lubrification est à écoulement descendant et est placé au-dessus des paliers d'un arbre à cames (3) et des queues de soupape et rouleaux distributeurs. 9. Système selon une des revendications 1 à 8, dans lequel le circuit de lubrifiant est dépourvu de pompe à lubrifiant et au moins le système de canalisation (5) comprend des canalisations en pente pour faciliter un écoulement du lubrifiant. 10. Système selon une des revendications 1 à 9, comprenant un volume de réserve (2) de lubrifiant communiquant avec le circuit de lubrifiant au niveau dudit point bas (11). 11. Système selon une des revendications 1 à 10, dans lequel le circuit de lubrifiant se divise en deux dans la culasse (1) comme suit : une partie de circuit descendante ; et un compartiment (30) d'ascension de lubrifiant renfermant les moyens de transport (4, 42). 12. Utilisation d'une roue transporteuse (4) dans une culasse (1) de moteur, caractérisée en ce que l'entraînement en rotation de la roue (4) sert dans un circuit de lubrifiant à monter du lubrifiant d'un point bas (11) du circuit vers un point haut (12) du circuit, moyennant quoi le lubrifiant peuts'écouler à partir dudit point haut (12) par gravité vers des zones de lubrification d'organes mécaniques présents dans la culasse (1). 13. Utilisation selon la revendication 12, dans laquelle la roue transporteuse (4) est de type roue dentée ou à palette, placée à une 5 extrémité d'un arbre à cames (3). 14. Culasse disposant d'une lubrification autonome, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit de lubrifiant qui se divise en deux dans la culasse (1) comme suit : une partie de circuit descendante ; et lo - un compartiment (30) d'ascension de lubrifiant, renfermant des moyens de transport (4, 42) incluant une roue (4) entraînée en rotation. 15. Culasse selon la revendication 14, dans laquelle la partie de circuit descendante comporte un système de canalisation (5) monté ou intégré sur 15 le dessous d'un couvercle de la culasse pour acheminer et faire tomber du lubrifiant sur des organes mécaniques présents dans la culasse (1). 16. Culasse selon la revendication 14 ou 15, comprenant un système selon une des revendications 1 à 11.