Brevet FR2939854A1 — publié le 20100618

Moteur à combustion interne à vilebrequin sur roulements Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un moteur à combustion interne comprenant un vilebrequin impliquant des moyens de réduction de frottement par roulement. Arrière plan technologique Le fonctionnement des moteurs à combustion interne engendre une mise en mouvement de nombreuses pièces mécaniques dont les frottements impactent à la hausse la consommation. Plus particulièrement, les paliers de vilebrequin du moteur jouent un rôle important dans les pertes d'énergie par frottement. Classiquement, ces paliers sont alimentés en huile sous pression afin d'en opérer une lubrification par film d'huile autrement désigné par le terme de lubrification hydrodynamique. Pour ce faire, l'huile refoulée par la pompe à huile est amenée aux tourillons du vilebrequin à travers des passages appropriés ménagés dans le bloc-cylindres. Cette huile est ensuite amenée aux manetons par des conduits ménagés à travers le vilebrequin et mettant en communication les manetons avec les tourillons. Afin de réduire les pertes par frottement au niveau des tourillons du vilebrequin, il est connu, à l'exemple du document FR2906167, de remplacer la totalité des paliers hydrodynamiques des tourillons de vilebrequin par des paliers sur roulements, lesquels présentent un coefficient de frottement plus faible. Cependant, notamment pour des raisons de coût, les paliers des manetons du vilebrequin restent des paliers à lubrification hydrodynamique. Ainsi, le remplacement de la totalité des paliers à lubrification hydrodynamique des tourillons de vilebrequin par des paliers sur roulement à pour effet négatif de ne plus permettre de faire passer l'huile nécessaire à la lubrification des manetons à travers des passages entre le bloc-cylindres et les tourillons. L'invention a pour but de pallier l'inconvénient de l'art antérieur en proposant une architecture moteur qui, d'une part, réduit les pertes par frottement au niveau des tourillons de vilebrequin et, d'autre part, permet de converser une lubrification efficace des manetons de vilebrequin.35 L'invention concerne donc un moteur à combustion interne comportant un bloc-cylindres, un vilebrequin comprenant des tourillons destinés à venir tourner dans des paliers portés par le bloc-cylindres et des chapeaux de paliers, des manetons destinés à tourner dans des paliers portés par des bielles, les manetons étant reliés aux tourillons par des bras, le moteur comprenant des moyens de réduction de frottement des tourillons et des manetons dans leur palier respectif, caractérisé en ce que les moyens de réduction de frottement comprennent un film d'huile sous pression pour un tourillon intermédiaire compris entre deux manetons, un roulement pour les autres tourillons et pour les manetons un film d'huile sous pression, arrivant dudit tourillon intermédiaire via un circuit approprié ménagé à travers le vilebrequin. Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : Avantageusement au moins un tourillon sur roulement coopère avec un roulement formé de deux parties semi-circulaires pouvant être montées de part et d'autre dudit tourillon. En effet, des roulements en deux parties semi-circulaires permettent en effet un montage aisé autour des tourillons de vilebrequin. Avantageusement, le vilebrequin comportant par ailleurs, du coté d'un premier tourillon extrême, une première extrémité longitudinale comprenant un moyen d'assemblage d'un volant moteur et du coté d'un second tourillon extrême une seconde extrémité longitudinale, le second tourillon extrême coopère avec un roulement de type annulaire. Cette variante est guidée par la possibilité d'utiliser un roulement plus économique qu'un roulement en deux parties. Selon un mode de réalisation préféré, le moyen d'assemblage du volant moteur comporte des cannelures. Cette solution technique permet d'avoir un moyen d'assemblage de même étendue en diamètre que le premier tourillon extrême. Avantageusement, le premier tourillon extrême peut alors coopérer avec un roulement de type annulaire. En effet, le moyen d'assemblage par cannelure autorise le passage pour montage d'un roulement annulaire sur le premier tourillon extrême. Avantageusement, le vilebrequin comprend des canaux d'huile traversant les bras compris entre deux manetons, communiquant avec des conduits d'huile traversant les tourillons et les manetons, pour permettre le passage de l'huile de lubrification du premier tourillon vers les manetons. Avantageusement, les canaux et les conduits d'huile forment deux branches d'alimentation en huile s'étendant de part et d'autre du tourillon coopérant avec un film d'huile sous pression et en ce que les deux branches présentent des pertes de charges les plus proches possibles. Le bloc-cylindres comprend avantageusement au niveau de ses paliers des inserts de protection contre le matage. En effet, en fonction du choix matériaux retenu pour le bloc-cylindres, la présence des inserts peut être nécessaire pour limiter le matage du matériau dudit bloc-cylindres. Les chapeaux de paliers comprennent avantageusement des inserts de protection contre le matage. De préférence, les inserts sont en alliage ferreux Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une vue de face d'un vilebrequin destiné à équiper un moteur à combustion interne à 3 cylindres. - La figure 2 est une vue schématique en coupe partielle d'un mode de réalisation du moteur selon l'invention. - La figure 3 est une vue schématique détaillant un circuit d'alimentation en huile permettant le passage de l'huile de lubrification du tourillon aux manetons du vilebrequin pour le mode de réalisation présenté en figure 2 du moteur selon l'invention. Description détaillée Sur la figure 1 est présenté une vue de face d'un vilebrequin 1 destiné à équiper un moteur à combustion interne du type à trois cylindres en ligne. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée à ce type de moteur et peut s'appliquer également aux moteurs comprenant un nombre différent de cylindres. Le vilebrequin 1 est composé de tourillons placés en ligne suivant un axe XX de rotation de vilebrequin destinés à venir tourner dans des paliers correspondants portés par un bloc-cylindres, non figuré, du moteur. Des manetons formant les axes des têtes de bielle sont solidaires des tourillons par des paires de bras s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal du vilebrequin 1. On a ainsi, en partant d'une extrémité de l'arbre, un premier tourillon extrême Ti, puis un premier tourillon intermédiaire T2, puis un second tourillon intermédiaire T3 et enfin un second tourillon extrême T4. Entre ces quatre tourillons sont disposés trois manetons, un premier maneton extrême M1, un maneton central M2 et un second maneton extrême M3. Chaque maneton M1, M2, M3 est réuni aux tourillons adjacents respectivement Ti, T2 ; T2, T3 ; T3, T4 par des bras s'étendant sensiblement perpendiculairement à l'axe longitudinal XX du vilebrequin 1, respectivement B11, B12 ; B22, B23 ; B33, B34. Du coté du premier tourillon extrême Ti, le vilebrequin 1 comprend un moyen d'assemblage A d'un volant moteur. La figure 2 présente un mode de réalisation du moteur selon l'invention. Le moteur 2 20 comporte un bloc-cylindres 3 qui délimite trois cylindres 4. Le bloc-cylindres 3 comprend des paliers, le plus souvent réalisé par usinage d'une zone du bloc-cylindres 3 et portant les tourillons correspondants du vilebrequin 1. Plus précisément, les liaisons entre les tourillons du vilebrequin 1 et les paliers du bloc-25 cylindres 3 sont les suivantes : - Un premier roulement extrême R1 est interposé entre le premier tourillon extrême Ti et un premier palier extrême P1. Un premier chapeau de palier extrême Cl vient maintenir le premier tourillon extrême Ti et le roulement R1 sur le bloc-cylindres 3. 30 - Un roulement intermédiaire R3 est interposé entre le second tourillon intermédiaire T3 et un second palier intermédiaire P3. Un second chapeau de palier intermédiaire C3 vient maintenir le second tourillon intermédiaire T3 et le roulement R3 sur le bloc-cylindres 3. - Un second roulement extrême R4 est interposé entre le second tourillon extrême T4 et un second palier extrême P4. Un second chapeau de palier extrême C4 vient maintenir le 35 second tourillon extrême T4 et le roulement R4 sur le bloc-cylindres 3.15 - Un coussinet intermédiaire 5 est interposé entre le premier tourillon intermédiaire T2 et un premier palier intermédiaire P2. Un premier chapeau de palier intermédiaire C2 vient maintenir le premier tourillon intermédiaire T2 et le coussinet 5 sur le bloc-cylindres 3. Dans une variante non représentée, les chapeaux de paliers Cl, C2, C3, C4 peuvent être reliés entre eux pour former un carter chapeau. Les roulements R2, R2 et R3 peuvent être des roulements de type à billes ou encore du type comprenant tout autre élément apte à rouler tel que, à titre indicatif, des aiguilles, des rouleaux. Avantageusement, le roulement intermédiaire R3 peut être formé en deux parties semi-circulaires pouvant être montées de part et d'autre du second tourillon intermédiaire T3. Avantageusement, le premier roulement extrême R1 peut également être formé de deux parties semi-circulaires pouvant être montées de part et d'autre du premier tourillon extrême Ti. Toutefois, si le diamètre extérieur du moyen d'assemblage A du volant moteur n'excède pas celui du premier tourillon extrême Ti, le premier roulement extrême R1 peut également être du type annulaire. Avantageusement, dans le mode de réalisation présenté en figure 2, le moyen d'assemblage A du volant moteur est formé de cannelures 6 réalisées par usinage, destinées à recevoir directement le volant moteur et dont les dimensions autorisent le passage d'un roulement du type annulaire. Le second roulement extrême R4 peut être formé de deux parties semi-circulaires ou également être du type annulaire. Le moteur 2 comporte par ailleurs des bielles comprenant des paliers, lesdits paliers étant le plus souvent réalisés par usinage, et portant leur maneton correspondant du vilebrequin 1. Plus précisément, les liaisons entre les manetons du vilebrequin 1 et les bielles sont les suivantes : - Un premier coussinet 7 est interposé entre le premier maneton extrême M1 et un 35 troisième palier intermédiaire P5 porté par une première bielle B1. - Un deuxième coussinet 8 est interposé entre le maneton central M2 et un quatrième palier intermédiaire P6 porté par une seconde bielle B2.30 - Un troisième coussinet 9 est interposé entre le second maneton extrême M3 et un cinquième palier intermédiaire P7 porté par une troisième bielle B3. Selon la figure 3, le moteur 2 comprend également un circuit de lubrification 10 par huile. Le circuit de lubrification 10 comprend une pompe 11 destinée à faire circuler l'huile sous pression. Le circuit de lubrification 10 comprend une branche 12 amenant l'huile à travers le bloc-cylindres 3 et permettant l'alimentation en huile de lubrification du premier tourillon intermédiaire T2 et des manetons M1, M2, M3 du vilebrequin 1 au moyen de conduits percés dans le vilebrequin 1. La branche 12 comprend un orifice 13 de sortie d'huile débouchant du bloc-cylindres 3 (figure 2). Le coussinet intermédiaire 5 comprend un perçage 14, coïncidant avec l'orifice 13 et permettant le passage de l'huile. Comme représenté en figure 3, le premier tourillon intermédiaire T2 est traversé par un premier conduit d'huile 15 s'étendant diamétralement, communiquant à la surface dudit tourillon T2 et coïncidant, pour une position angulaire du vilebrequin 1 déterminée, avec le perçage 14. Le premier maneton extrême M1 comprend un deuxième conduit d'huile 16 s'étendant diamétralement et communiquant à la surface dudit maneton M1. Le passage de l'huile entre le premier conduit d'huile 15 et le deuxième conduit d'huile 16 est assuré par un premier canal d'huile 17, percé à travers le vilebrequin 1, reliant les premiers et deuxièmes conduits d'huile 14, 15. Le maneton central M2 comprend également un troisième conduit d'huile 18 s'étendant diamétralement et communiquant à la surface dudit maneton M2. Le passage de l'huile entre le premier conduit d'huile 15 et le troisième conduit d'huile 18 est assuré par un deuxième canal d'huile 19, percé à travers le vilebrequin 1, reliant les premiers et troisièmes conduits d'huile 15, 18. Le second tourillon intermédiaire T3 comprend également un quatrième conduit d'huile 20 s'étendant diamétralement et pouvant communiquer à la surface dudit tourillon T3. Le passage de l'huile entre le troisième conduit d'huile 18 et le quatrième conduit d'huile 20 est assuré par un troisième canal d'huile 21, percé à travers le vilebrequin 1, reliant les troisièmes et quatrièmes conduits d'huile 18, 20. Le second maneton extrême M3 comprend également un cinquième conduit d'huile 22 diamétralement et communiquant à la surface dudit maneton M3. Le passage de l'huile entre quatrième conduit d'huile 20 et le cinquième conduit d'huile 22 est assuré par un quatrième canal d'huile 23, percé à travers le vilebrequin 1, reliant les quatrièmes et cinquièmes conduits d'huile 20, 22. Ainsi, lors du fonctionnement du moteur 2, l'huile est mise en pression par la pompe 11 et est amenée à travers le bloc-cylindres 3 au niveau du premier tourillon intermédiaire T2. D'une part, la rotation du vilebrequin 1 entraine l'huile à la surface dudit tourillons T2 et il se forme alors un film d'huile sous pression entre le coussinet intermédiaire 5 et le tourillon T2, qui réduit les frottements entre ces deux éléments. D'autre part, l'huile pénètre dans le vilebrequin 1 par le premier conduit d'huile 15 et se répartit en deux branches formées pour une première branche, du premier canal d'huile 17 et du premier conduit d'huile 15 et acheminant l'huile au premier maneton extrême M1, pour une seconde branche, des deuxièmes, troisièmes et quatrième canaux d'huile 19, 21, 23 et des troisièmes, quatrièmes et cinquièmes conduits d'huile 18, 20, 22 et acheminant l'huile au maneton central M2 ainsi qu'au second maneton extrême M3. Le mouvement relatif des manetons M1, M1, M3 par rapport à leur bielle respective B1, B2, B3 entraine l'huile débouchant sous pression à la surface des manetons M1, M1, M3 pour former un film d'huile entre la surface des manetons M1, M1, M3 et les coussinets de bielle correspondants 7, 8, 9. Avantageusement, le tourillon conservant un coussinet lubrifié et permettant l'arrivée de l'huile est choisi parmi les tourillons intermédiaires T2, T3 compris entre deux manetons, de façon que les deux branches d'alimentation en huile s'étendant de part et d'autre du tourillon T2 présentent des pertes de charge les plus proches possibles. On s'assure ainsi d'avoir une bonne répartition des débits huile entre les deux branches vers les manetons M1, M2, M3. Le dispositif de l'invention présente un certain nombre d'avantages parmi lesquels figurent notamment : - une réduction des frottements. - la cylindrée de la pompe à huile 11 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 2, ce qui contribue à réduire la consommation de carburant. - le circuit d'huile 10 dans le bloc-cylindres 3 est simplifié. En effet, là où les dispositifs traditionnels d'alimentation en huile des vilebrequins comprennent une branche d'alimentation en huile par tourillon intermédiaire, nous avons avec l'invention une seule branche 12 d'alimentation d'huile. - le premier palier intermédiaire P2 dont les frottements avec le premier tourillon intermédiaire T2 sont réduits par un film d'huile a une fonction supplémentaire d'arrêt du vilebrequin 1 en translation. Selon une autre variante, non représentée ici, le bloc-cylindres 3 comprend au niveau de ses paliers P1, P2, P3, P4 des inserts métalliques tels que, à titre indicatif, des inserts en fonte. Selon une autre variante, les chapeaux Cl, C2, C3, C4 comprennent des inserts en métalliques tels que, à titre indicatif, des inserts en fonte. En effet selon le choix du matériau retenu pour le bloc-cylindres 3 et/ou les chapeaux de paliers Cl, C2, C3, C4, il peut être avantageux dans le cas où, par exemple ledit matériau est un alliage d'aluminium, d'ajouter ce type d'inserts afin de limiter le matage la matière du bloc-cylindres au niveau des paliers, c'est-à-dire un écrasement localisé de la matière par une pression trop élevée des moyens de réduction de frottement (roulement et / ou coussinets). Revendications1. Moteur à combustion interne comportant un bloc-cylindres (3), un vilebrequin (1) comprenant des tourillons (Ti, T2, T3, T4) destinés à venir tourner dans des paliers (P1, P2, P3, P4) portés par le bloc-cylindres (3) et des chapeaux de paliers (Cl, C2, C3, C4), des manetons (M1, M2, M3) destinés à tourner dans des paliers (P5, P6, P7) portés par des bielles (B1, B2, B3), les manetons étant reliés aux tourillons (Ti, T2, T3, T4) par des bras (B11, B12, B22, B23, B33, B34), le moteur comprenant des moyens de réduction de frottement des tourillons (Ti, T2, T3, T4) et des manetons (M1, M2, M3) dans leur palier respectif, caractérisé en ce que les moyens de réduction de frottement comprennent un film d'huile sous pression pour un tourillon intermédiaire (T2) compris entre deux manetons (M1, M2), un roulement (R1, R2, R4) pour les autres tourillons (Ti, T3, T4) et pour les manetons (M1, M2, M3) un film d'huile sous pression, arrivant dudit tourillon intermédiaire (T2) via un circuit approprié ménagé à travers le vilebrequin (1). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un tourillon (Ti, T3, T4) sur roulement (R1, R2, R4) coopère avec un roulement (R1, R2, R4) formé de deux parties semi-circulaires pouvant être montées de part et d'autre dudit tourillon. 3. Moteur selon l'une des revendications précédentes, le vilebrequin (1) comportant, du coté d'un premier tourillon extrême (Ti), une première extrémité longitudinale comprenant un moyen d'assemblage (A) d'un volant moteur et du coté d'un second tourillon extrême (T4) une seconde extrémité longitudinale, caractérisé en ce que le second tourillon extrême (T4) coopère avec un roulement (R4) de type annulaire. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'assemblage (A) du volant moteur comporte des cannelures (6). 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier tourillon extrême (Ti) coopère avec un roulement (R1) de type annulaire. 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vilebrequin (1) comprend des canaux d'huile (17, 19, 21, 23) traversant les bras (B12, B22, B23, B33) compris entre deux manetons, communiquant avec des conduits d'huile (15, 16 , 18, 20, 22) traversant les tourillons (T2, T3) et les manetons (M1, M2, M3), pour permettre le passage de l'huile de lubrification du tourillon intermédiaire (T2) vers les manetons (M1, M2, M3). 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les canaux (17, 19, 21, 23) et les conduits (15, 16 , 18, 20, 22) d'huile forment deux branches d'alimentation en huile s'étendant de part et d'autre du tourillon (T2) coopérant avec un film d'huile sous pression et en ce que les deux branches présentent des pertes de charges les plus proches possibles. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc-cylindres 3 comprend au niveau de ses paliers (P1, P2, P3, P4) des inserts de protection contre le matage. 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce 10 que les chapeaux de paliers (Cl, C2, C3, C4) comprennent des inserts de protection contre le matage. 10. Moteur selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que les inserts sont en alliage ferreux.