Brevet FR2917120A3 — publié le 20081212

FR 2917120 A3 20081212 FR 0756310 A 20070706 Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de lubrification d'un moteur à quatre temps. Etat de la technique Les petits moteurs d'équipement à deux temps ou à quatre temps se sont très développés dans le jardinage, les machines agricoles et les applications industrielles telles que des tondeuses à gazon, des tronçonneuses, des débroussailleuses, des générateurs, des pulvérisateurs, etc.. L'inconvénient du moteur à deux temps est que le lubrifiant du moteur est mélangé au carburant ce qui augmente de manière significative les émissions polluantes. Etant donné que la réglementation des émissions polluantes devient de plus en plus stricte, les moteurs à deux temps seront remplacés par des moteurs à quatre temps autant que possible. Toutefois, le système de lubrification d'un moteur 15 à quatre temps est beaucoup plus complexe ce qui fait que le moteur travaille difficilement lorsqu'il est incliné. La lubrification est une difficulté principale de tous fabricants de moteur. A présent seule la société HONDA a développé des techniques de moteurs à quatre temps travaillant suivant différents angles d'inclinaison et qui soient fabriqués en 20 grande série. Ainsi, la partie la plus difficile pour assurer le fonctionne-ment du moteur à quatre temps dans différents angles d'inclinaison est celui du maintien en fonctionnement du système de lubrification. Un petit moteur à quatre temps classique utilise une pompe à huile pour pomper le lubrifiant pour lubrifier les pièces du moteur (dans l'industrie 25 automobile et dans l'industrie du motocycle, les moteurs à quatre temps sont lubrifiés de cette manière). Un autre procédé de lubrification des moteurs utilise un crochet immergé dans l'huile et qui projette l'huile pour lubrifier le moteur. Toutefois, la lubrification par projection reste également limitée à des angles d'inclinaison pour le moteur. 30 But de l'invention La présente invention a principalement pour but de développer un dispositif de lubrification d'un moteur permettant de faire fonctionner le moteur normalement et d'assurer sa lubrification même lorsque le moteur est incliné suivant un angle quelconque de façon à 35 augmenter le domaine d'utilisation du moteur. L'invention a également pour but de développer un système de lubrification de moteur, économique, permettant de faire fonctionner le moteur dans des conditions de lubrification normales sans augmenter le coût des composants du moteur. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un dispositif de lubrification du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la bâche à huile communique avec le carter de vilebrequin par l'intermédiaire d'un pas-sage d'aspiration d'huile équipé d'un premier clapet de retenue, le carter de vilebrequin communiquant avec la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un premier passage de distribution d'huile, la boîte de vitesses communiquant avec la chambre de culbuteurs par l'intermédiaire d'un second passage de distribution d'huile et la boîte de vitesses communiquant avec la bâche à huile par l'intermédiaire d'un troisième passage de distribution d'huile, la chambre de culbuteurs communiquant avec le vilebrequin par l'intermédiaire d'un premier passage de retour d'huile muni d'un second clapet de retenue, le séparateur gaz-huile communiquant avec la bâche à huile par l'intermédiaire d'un second passage de retour d'huile équipé d'un troisième clapet de retenue, et le séparateur gaz-huile communique avec le carter de vilebrequin par l'intermédiaire d'un passage d'entrée de gaz, et le séparateur gaz-huile communique avec le cylindre par l'intermédiaire d'un passage de sortie de gaz, lorsque le piston du moteur se déplace dans le cylindre et crée une pression négative dans le carter de vilebrequin, le premier clapet de retenue, le second clapet de retenue et le troisième clapet s'ouvrent de sorte que l'huile de lubrification de la bâche à huile, dans le bras basculant, dans le séparateur gaz-huile est aspirée dans le carter de vilebrequin, et lorsque le piston se déplace dans le cylindre et développe une pression positive dans le carter de vilebrequin, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement du carter de vilebrequin sont comprimés dans la boîte de vitesses pour y développer une pression positive ; ainsi, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement dans la boîte de vitesses sont comprimés dans la chambre de culbuteurs et la bâche à huile ; ensuite, les gaz d'échappement qui arrivent dans la bâche à huile mettent celle-ci en pression positive et elle est fournie au séparateur gaz-huile pour séparer l'huile de lubrification du gaz ; le gaz séparé alimente le cylindre et l'huile de lubrification séparée est aspirée dans le carter de vilebrequin pour participer à la circulation de l'huile de lubrification du moteur. Lorsque le piston du moteur remonte dans son cylindre et crée une pression négative (dépression) dans le carter de vilebrequin, l'huile de lubrification peut être aspirée dans le carter de vilebrequin à partir de la bâche à huile, de la chambre de culbuteurs et du séparateur gaz-huile. Lorsque le piston descend et développe une pression po- sitive dans le carter de vilebrequin, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement contenus dans le carter de vilebrequin sont comprimés dans la boîte de vitesses. En même temps la boîte de vitesses est en pression positive. C'est pourquoi, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement de la boîte de vitesses peuvent être comprimés simulta- nément dans la chambre de culbuteurs et dans la bâche d'huile. Les gaz d'échappement de la bâche d'huile 1 sont en pression positive et arrivent dans le séparateur gaz-huile pour séparer l'huile de lubrification par rapport aux gaz. Les gaz séparés sont renvoyés dans le cylindre pour être brûlés ; l'huile de lubrification, séparée est aspirée dans le carter de vilebrequin lors de la course suivante lorsque le piston déve- loppe la pression négative dans le carter de vilebrequin. Le circuit d'huile de lubrification d'un moteur se termine ainsi. De plus, lorsque le moteur est incliné ou même renversé, l'huile de lubrification peut être retenue dans la bâche d'huile pour éviter qu'une quantité importante d'huile n'arrive dans la chambre de combustion et provoque s'inflammation du moteur. En même temps, cela permet de faire fonctionner le dispositif de lubrification. Selon la présente invention, la bâche à huile communique avec le carter de vilebrequin par un passage d'aspiration d'huile équipé d'un premier clapet de retenue. Le carter de vilebrequin communique lui-même avec la boîte de vitesses par un premier passage de distribution d'huile. La boîte de vitesses communique avec la chambre à cul-buteurs par un second passage de distribution d'huile et la boîte de vitesses communique avec la bâche à huile par un troisième passage de distribution d'huile. La chambre de culbuteurs communique avec le carter de vilebrequin par un premier passage de retour d'huile équipé d'un second clapet de retenue. Un séparateur gaz-huile communique avec la bâche à huile par l'intermédiaire d'un second passage de retenue d'huile muni d'un troisième clapet de retenue ; le séparateur gaz- huile communique avec le carter de vilebrequin par l'intermédiaire d'un passage d'entrée de gaz et le séparateur gaz-huile communique avec le cylindre par l'intermédiaire du passage de sortie de gaz. Lorsque le pis-ton du moteur remonte dans le cylindre et crée une pression négative dans le carter de vilebrequin, le premier clapet de retenue, le second clapet de retenue et le troisième clapet de retenue s'ouvrent de sorte que l'huile de lubrification contenue dans la bâche à huile, le culbuteur et le séparateur gaz-huile soit aspirée dans le carter de vilebrequin. Lorsque le piston descend dans le cylindre et développe une pression positive dans le carter de vilebrequin, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement du carter de vilebrequin se compriment dans la boîte de vitesses pour développer une pression positive dans la boîte de vitesses. Ainsi l'huile d'aspiration et les gaz d'échappement de la boîte de vitesses sont comprimés dans la chambre de culbuteurs et dans la bâche d'huile. Puis, les gaz d'échappement arrivant dans la bâche d'huile mettent celle-ci en pression positive et cette pression est fournie au séparateur gaz-huile destiné à séparer l'huile des gaz. Les gaz séparés sont fournis au cylindre et l'huile de lubrification séparée est aspirée dans le carter de vilebrequin de manière à boucler le circuit d'huile de lubrification du moteur. Le premier clapet selon l'invention comporte un corps de clapet logé dans le passage d'aspiration d'huile, et le passage d'aspiration d'huile, une bille et un ressort appliqué à la bille. Lorsque le premier clapet de retenue ne subit aucune force externe, la bille bouche le passage d'aspiration d'huile et interdit à l'huile de lubrification du carter de vilebrequin de revenir dans la bâche à huile. Lorsque le carter de vilebrequin est en dépression (pression négative) et s'oppose à l'élasticité du ressort, la bille se dégage du corps de clapet si bien que l'huile de lubrification peut arriver dans le carter de vilebrequin à travers le premier clapet de retenue. Lorsque le carter de vilebrequin est en pression positive, la bille bloque le corps de clapet par l'élasticité du ressort. Le second clapet de retenue et le troisième clapet de retenue selon l'invention sont fabriqués en caoutchouc. Lorsque le clapet de retenue ne subit pas de forces externes, il est bloqué en fermeture par son élasticité. Lorsque le clapet de retenue en caoutchouc est soumis à la pression, l'orifice peut s'ouvrir. Le carter de vilebrequin comporte un passage de distribution de gaz communiquant avec le passage d'entrée de gaz et logeant une aiguille. Lorsque le moteur est en position renversée, l'aiguille bouche la sortie du passage de distribution de gaz à cause du poids de l'aiguille. Le carburant et l'huile de lubrification n'arrivent pas ainsi dans le séparateur gaz-huile. Les clapets de retenue et la variation de pression dans le carter de vilebrequin permettent au dispositif de lubrification selon l'invention non seulement de lubrifier avec de l'huile les pièces du moteur par circulation d'huile dans le moteur mais le dispositif évite également que l'huile de lubrification n'arrive dans la chambre de combustion et provoque l'extinction du moteur lorsqu'il est incliné. Ain- si, le dispositif conserve son mode de fonctionnement lorsque le moteur s'ouvre dans une inclinaison quelconque ou même en position renversée. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation préférentiel représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de face d'un dispositif de lubrification d'un moteur à quatre temps correspondant à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue de côté du dispositif de lubrification du moteur à quatre temps selon le mode de réalisation de la présente invention, - la figure 3 montre un passage de distribution de gaz bloqué, le moteur de la figure 2 étant en position renversée, - la figure 4 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisa- tion d'un carter de vilebrequin selon la présente invention, - la figure 5 est une vue en perspective montrant le premier corps du carter de vilebrequin de la figure 4 assemblé avec un vilebrequin et un piston, - la figure 6 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation du carter de vilebrequin selon l'invention, - la figure 7 est une vue en perspective du second mode de réalisation du carter de vilebrequin vu dans une autre direction par rapport au mode de réalisation de la figure 1, - la figure 8 est un schéma montrant le chemin de passage d'huile de lubrification du dispositif de lubrification selon la présente invention. Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel Selon les figures 1 et 2, un mode de réalisation préféren- tiel d'un disposition de lubrification d'un moteur à quatre temps selon l'invention comporte une bâche à huile 1, un carter de vilebrequin 2, une boîte de vitesses 3, une chambre à culbuteurs 4 et un séparateur gaz-huile 7. La bâche à huile 1 contient l'huile de lubrification. Un vilebrequin 6 avec un contrepoids 61 est logé dans le carter de vilebrequin 2 en étant couplé à un piston 62 coulissant dans un cylindre 5. Les deux extrémités du vilebrequin 6 sont montées respectivement sur un volant et un pignon de la boîte de vitesses 3. La bâche à huile 1 est reliée au carter de vilebrequin 2 par un passage d'aspiration d'huile 21 et un premier clapet de retenue 211 dans le passage d'aspiration d'huile. Selon la figure 6, le premier clapet de retenue 211 selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention comporte un corps de clapet 2111 logé dans le passage d'aspiration d'huile 21, une bille 2112 et un ressort 2113 s'appliquant sur la bille 2112. Lorsque le premier clapet de retenue 211 ne subit aucune force extérieure, la bille 2112 ferme le corps de clapet 2111 et coupe le passage d'aspiration d'huile 21 pour éviter que l'huile de lubrification du carter de vilebrequin 20 ne retourne à la bâche d'huile 1. Lorsque le carter de vilebrequin 2 est en pression négative, il s'oppose à l'élasticité du ressort 2113 si bien que la bille 2112 ouvre le passage du corps de clapet 2111 et permet à l'huile de lubrification de la bâche d'huile 1 de couler dans le carter de vilebrequin 2. Le carter de vilebrequin 2 communique avec la boîte de vitesses 3 par l'intermédiaire d'un premier passage de distribution d'huile 22 ; la boîte de vitesses 3 communique avec la chambre des cul-buteurs 4 par l'intermédiaire d'un second passage de distribution d'huile 41 ; la boîte de vitesses 3 communique avec la bâche à huile 1 par l'intermédiaire d'un troisième passage de distribution d'huile 31. De même un premier passage de retour d'huile 42 relie la chambre à cul-buteurs 4 et le carter de vilebrequin 2 ; un second clapet de retenue 421 équipe le premier passage de retour d'huile 42. Dans le mode de réalisation de l'invention, le second clapet de retenue 421 est en caoutchouc. Lorsque le clapet de retenue en caoutchouc ne subit pas de for-ces externes, l'ouverture du clapet de retenue est bloquée par son 15 élasticité. Lorsque le clapet de retenue en caoutchouc est soumis à une pression, il dégage l'ouverture. Le séparateur d'huile 7 est relié à la bâche d'huile 1 par l'intermédiaire d'un second passage de retour d'huile 71 muni d'un troisième clapet de retenue 711. Le troisième clapet de retenue 711 est 20 également en caoutchouc comme le second clapet de retenue 421. Le séparateur gaz-huile 7 communique avec le carter de vilebrequin 2 par l'intermédiaire d'un passage d'entrée de gaz 72 ; le séparateur gaz-huile 7 communique avec le cylindre 5 par l'intermédiaire d'un passage de sortie de gaz 73. 25 Le vilebrequin 2 comprend un premier corps 2A (voir figures 4 et 5) et un second corps 2B (voir figures 6 et 7) selon le mode de réalisation de l'invention. Le premier corps 2A se compose d'une chambre de vilebrequin 2 pour recevoir le vilebrequin 6 et la masse d'équilibrage 61. De plus, un premier passage de distribution d'huile 22 30 est prévu sur le bord du premier corps 2A pour relier la chambre à vilebrequin 20 et la boîte de vitesses (les flèches de la figure 5 indiquent le passage de l'huile de lubrification de la chambre du vilebrequin vers la boîte de vitesses). Le second corps 2B est assemblé au premier corps 2A ; il comporte un passage d'aspiration d'huile 21 et un passage de 35 distribution de gaz 23 muni d'une aiguille 24. Une extrémité de l'aiguille 24 a une partie conique 241 dont le diamètre extérieur est supérieur à la sortie du passage de distribution de gaz 23. Le passage de distribution de gaz 23 communique avec le passage d'entrée de gaz 72. Les figures 1 et 2 montrent le fonctionnement du dispo- sitif de lubrification dans le cas d'un moteur à quatre temps selon l'invention ; les flèches en traits pleins correspondent au chemin de l'huile de lubrification ; les flèches en traits interrompus correspondent au chemin de passage de l'huile de lubrification mélangée aux gaz d'échappement ; les flèches non remplies correspondent au chemin des gaz. Lorsque le piston 62 du moteur remonte dans le cylindre 5 et crée une pression négative (dépression) dans le carter de vilebrequin 2, le premier clapet 211, le second clapet 421 et le troisième clapet 711 s'ouvrent et permettent à l'huile de lubrification de la bâche d'huile 1 d'être aspirée dans le carter de vilebrequin 2 à travers le passage d'aspiration d'huile 21 ; l'huile de lubrification de la chambre de culbuteurs 4 est aspirée dans le carter de vilebrequin 2 à travers le premier passage de retour d'huile 42. En même temps, l'huile de lubrification du séparateur gaz-huile 7 est aspirée dans le carter de vilebrequin 2 à travers le second passage de retour d'huile 71. Lorsque le piston 62 des- cend et crée une pression positive dans le carter de vilebrequin 2, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement du carter de vilebrequin 2 sont comprimés dans la boîte de vitesses 3 à travers le premier passage de distribution d'huile 22. A ce moment, la boîte de vitesses 3 est en pression (pression positive). C'est pourquoi, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement de la boîte de vitesses 3 sont comprimés dans la chambre de culbuteurs 4 par le second passage de distribution d'huile 41 et dans la bâche à huile 1 par l'intermédiaire du troisième passage de distribution d'huile 31. Puis, les gaz d'échappement arrivant dans la bâche d'huile 1 sont en pression positive et arrivent dans le séparateur gaz- huile 7 à travers le passage d'entrée de gaz 72 pour séparer l'huile de lubrification par rapport aux gaz. Le gaz séparé est fourni par le pas-sage de sortie de gaz 73 au cylindre 5 pour se mélanger au carburant et être brûlé pour entraîner le piston dans son mouvement alternatif dans le cylindre. L'huile de lubrification séparée est aspirée dans le carter de vilebrequin 2 à travers le second passage de retour d'huile 71 lorsque le piston remonte. La circulation de l'huile de lubrification du moteur est ainsi bouclée. Le dispositif de lubrification d'un moteur à quatre temps selon la présente invention permet de lubrifier les pièces du moteur sans nécessiter de pompe à huile. En outre, en référence à la figure 3, le moteur est incliné suivant n'importe quel angle ou il peut être en position renversée ; l'aiguille 24 logée dans le passage de distribution de gaz 23 descend en utilisant son propre poids et bloquant la sortie du pas-sage de distribution de gaz 23 pour éviter que le carburant et l'huile de lubrification n'arrivent dans le séparateur gaz-huile 7 puis dans la chambre de combustion du cylindre ce qui peut faire brûler le moteur. En même temps, le dispositif de lubrification permet de conserver la lubrification du moteur même lorsque celui-ci travaille en position inclinée. La figure 8 est une vue schématique d'un passage d'huile de lubrification du dispositif de lubrification selon un mode de réalisation de l'invention. Dans cette figure, les flèches en traits pleins correspondent à la direction d'écoulement de l'huile de lubrification ; les flèches creuses correspondent à la direction de passage des gaz d'échappement. A la figure 8, lorsque le piston remonte dans le cylindre pour former une pression négative dans le carter de vilebrequin 2, l'huile de lubrification de la bâche à huile 1, de la chambre à culbuteurs 4 et du séparateur gaz-huile 7 est aspirée simultanément dans le carter de vilebrequin 2. Lorsque le piston descend et crée une pression positive dans le carter de vilebrequin 2, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement du carter de vilebrequin 2 sont comprimés dans la boîte de vitesses 3. A ce moment, la boîte de vitesses 3 est en pression positive ; c'est pourquoi l'huile de lubrification et les gaz d'échappement de la boîte de vitesses 3 sont comprimés dans la chambre de culbuteurs 4 et la bâche à huile 1, de façon simultanée. Les gaz d'échappement de la bâche à huile 1 sont en pression positive et arrivent dans le séparateur gazhuile 7 pour séparer l'huile de lubrification par rapport aux gaz. Le gaz séparé est fourni au cylindre 5 pour être mélangé au carburant et brûlé avec celui-ci ; puis, l'huile de lubrification séparée est aspirée io dans le carter de vilebrequin 2 pendant que le piston ne remonte. Ainsi se termine la circulation d'huile de lubrification du moteur. Bien que la présente invention ait été décrite en référence à un mode de réalisation préférentiel, il est évident que des modifica- tions et des variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention tel que défini dans les revendications. io REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de lubrification d'un moteur à quatre temps comprenant : -une bâche à huile 1 contenant de l'huile de lubrification, - un carter de vilebrequin 2 avec un vilebrequin 6 muni d'une masse 5 d'équilibrage 61 et couplé à un piston 62 d'un cylindre 5, - une boîte de vitesses 3, - une chambre à culbuteurs 4, et - un séparateur gaz-huile 7, caractérisé en ce que 10 la bâche à huile communique avec le carter de vilebrequin 2 par l'intermédiaire d'un passage d'aspiration d'huile 21 équipé d'un premier clapet de retenue 211, le carter de vilebrequin communiquant avec la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un premier passage de distribution d'huile, 15 la boîte de vitesses communiquant avec la chambre de culbuteurs par l'intermédiaire d'un second passage 41 de distribution d'huile et la boîte de vitesses communiquant avec la bâche à huile par l'intermédiaire d'un troisième passage 31 de distribution d'huile, la chambre de culbuteurs 4 communiquant avec le vilebrequin 6 par 20 l'intermédiaire d'un premier passage 21 de retour d'huile muni d'un second clapet de retenue 421, le séparateur gaz-huile communiquant avec la bâche à huile 1 par l'intermédiaire d'un second passage de retour d'huile équipé d'un troisième clapet de retenue 711, et 25 le séparateur gaz- huile communique avec le carter de vilebrequin 2 par l'intermédiaire d'un passage d'entrée de gaz, et le séparateur gaz-huile communique avec le cylindre 5 par l'intermédiaire d'un passage de sortie de gaz, lorsque le piston 62 du moteur se déplace dans le cylindre 5 et crée une 30 pression négative dans le carter de vilebrequin 2, le premier clapet de retenue 211, le second clapet de retenue 421 et le troisième clapet 711 s'ouvrent de sorte que l'huile de lubrification de la bâche à huile 1, dans le culbuteur, dans le séparateur gaz-huile 7 est aspirée dans le carter de vilebrequin 2, etlorsque le piston 62 se déplace dans le cylindre 5 et développe une pression positive dans le carter de vilebrequin 2, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement du carter de vilebrequin 2 sont comprimés dans la boîte de vitesses 3 pour y développer une pression positive ainsi, l'huile de lubrification et les gaz d'échappement dans la boîte de vitesses 3 sont comprimés dans la chambre de culbuteurs et la bâche à huile 1 ; ensuite, les gaz d'échappement qui arrivent dans la bâche à huile 1 mettent celle-ci en pression positive et elle est fournie au séparateur gaz-huile 7 pour séparer l'huile de lubrification du gaz ; le gaz séparé alimente le cylindre 62 et l'huile de lubrification séparée est aspirée dans le carter de vilebrequin 2 pour participer à la circulation de l'huile de lubrification du moteur. 2 ) Dispositif de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier clapet de contrôle 211 comporte un corps de clapet logé dans le passage d'aspiration d'huile, une bille 2112et un ressort 2113agissant sur la bille 2112 ; le premier clapet de retenue 211 ne su- bissant aucune force externe si bien que la bille 2112 continue de boucher le corps de clapet et bloque le passage d'huile d'aspiration pour éviter que la lubrification du carter de vilebrequin 2 ne retourne pas à la bâche à huile 1. 3 ) Dispositif de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second clapet de retenue 421 et le troisième clapet 711 de retenue sont en caoutchouc. 4 ) Dispositif de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter de vilebrequin 1 comporte un passage de distribution de gaz communiquant avec le passage d'entrée de gaz ; ce passage étant muni d'une aiguille 24 et lorsque le moteur est renversé, l'aiguille 24 bouchela sortie du passage de distribution de gaz 23, par son poids de façon que le carburant et le liquide n'arrivent pas au séparateur gaz-huile 7. 5 ) Dispositif de lubrification selon la revendication 1, dans lequel une extrémité de l'aiguille 24 est formée d'une partie conique dont le diamètre extérieur est supérieur à celui de la sortie du passage de distribution de gaz si bien que la sortie du passage de distribution de gaz 23 pourrait être bloquée par la partie conique.10