Brevet FR2967722A1 — publié le 20120525

DISPOSITIF PERMETTANT DE TRANSFERER SOUS PRESSION UN FLUIDE ASSOCIE AU FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR THERMIQUE A QUATRE TEMPS DE VEHICULE. [0001 La présente invention concerne un dispositif permettant de transférer sous pression un fluide associé au fonctionnement d'un moteur thermique à quatre temps de véhicule, en particulier de véhicule automobile. [0002] De manière classique, sur un moteur thermique de véhicule, la pression d'un fluide, qu'il s'agisse de l'eau de refroidissement, de l'huile de lubrification ou 10 de l'air du turbocompresseur, est donnée par une pompe entraînée par le moteur. [0003] Le fonctionnement de cette pompe crée des pertes d'énergie mécanique, ce qui a pour résultat de diminuer le rendement global du moteur thermique. Le montage et l'entraînement de cette pompe requièrent des usinages précis, par conséquent coûteux. 15 [0004] De plus, cette pompe prend du volume, rend complexe l'architecture du moteur thermique, est une source de pannes, nécessite en conséquence une maintenance préventive suivie et fait courir, en cas de défaillance, un risque de dégradation ou même de destruction du moteur. [0005i On a déjà cherché, pour ces raisons, à modifier la structure actuelle des 20 circuits des différents fluides des moteurs thermiques. [0006] A titre d'exemple, le document CN 2685575Y décrit un moyen de lubrification des paliers d'un arbre à cames, qui est constitué par une hélice située en extérieur du diamètre de l'arbre à cames. Ce moyen est volumineux, et de structure complexe. 25 [0007] A titre d'exemple également, le document FR 2 814 522 Al décrit un dispositif de lubrification d'une boîte de transmission de puissance, qui présente une orientation variable et qui comprend un espace fermé. Ce dispositif de lubrification comporte des moyens de lubrification pour fournir du lubrifiant à au moins un élément à lubrifier de la boîte de transmission et un réservoir de 30 récupération pour récupérer du lubrifiant de l'espace fermé. Le dispositif comporte également au moins une vis de vidange rotative, qui est réalisée sous forme d'une vis d'Archimède pourvue d'une pluralité d'orifices et qui est agencée dans l'espace fermé de façon à amener du lubrifiant de l'espace fermé vers le réservoir de récupération. De plus, le dispositif comporte des moyens d'entraînement pour entraîner en rotation la vis de vidange. Les orifices de la vis de vidange sont pratiqués dans cette dernière selon un agencement tel que la vis de vidange peut récupérer du lubrifiant de l'espace fermé quelle que soit l'orientation de la boîte de transmission. [0008] Toutefois, le dispositif de lubrification de ce document FR 2 814 522 Al ne s'applique pas à un moteur de véhicule. [0009] Le but de la présente invention est de fournir un dispositif permettant de transférer sous pression un fluide associé au fonctionnement d'un moteur thermique à quatre temps de véhicule, en particulier de véhicule automobile, qui supprime la solution classique constituée par une pompe de mise en pression du fluide, dépendante, entraînée par le moteur lui-même, et qui par conséquent supprime une pompe dont la rotation est assujettie aux variations de vitesse du moteur thermique. [oolo] Un autre but de la présente invention est de fournir un tel dispositif, qui ait pour effet de simplifier l'architecture, la maintenance, le poids, la consommation et le coût du moteur thermique à quatre temps et d'améliorer le rendement global de ce dernier. [0011] Enfin, c'est également un but de la présente invention de fournir un tel dispositif, qui soit de conception, de réalisation et de montage simple, fiable et économique. [0012] Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un nouveau dispositif permettant de transférer sous pression un fluide associé au fonctionnement d'un moteur thermique à quatre temps de véhicule, en particulier de véhicule automobile. Le moteur thermique comprend au moins un arbre à cames composé classiquement d'un axe et de cames. Le dispositif de l'invention est constitué, d'une part, par un conduit interne à l'axe de l'arbre à cames, s'étendant d'une zone à une autre zone de la longueur dudit arbre à cames et présentant une forme sensiblement hélicoïdale de telle sorte que la rotation de l'arbre à cames fait fonctionner ce dernier comme une vis d'Archimède qui permet le transfert du fluide à l'intérieur de l'arbre à cames et, d'autre part, par des moyens d'entrée du fluide dans le conduit interne et des moyens de sortie du fluide dudit conduit interne, lesdits moyens d'entrée et de sortie de fluide étant situés dans l'une et l'autre zones, respectivement. [0013] Selon le mode préféré de réalisation de l'invention, l'axe de l'arbre à cames est constitué d'un tube avec un volume creux de forme sensiblement hélicoïdale s'étendant sur une partie de sa longueur. [0014] Selon le mode préféré de réalisation de l'invention également, les moyens d'entrée du fluide dans le conduit interne sont constitués par un premier palier de guidage et de fixation de l'arbre à cames, dit « palier arrivée », et les moyens de sortie du fluide dudit conduit interne sont constitués par un second palier de guidage et de fixation de l'arbre à cames, dit « palier départ », le fluide étant alors transféré sous pression du palier arrivée au palier départ. [0015] Chacun desdits paliers arrivée et départ de l'arbre à cames communique avec ledit conduit interne à l'axe de l'arbre à cames par un orifice situé à la parie supérieure du palier et par une gorge périphérique de l'axe de l'arbre à cames qui communique avec ledit orifice. [0016] De manière préférentielle, une pompe de gavage auxiliaire peut assurer le gavage en fluide du conduit interne. [oo1n Selon une première application, le moteur thermique à quatre temps comprend un seul arbre à cames, et le fluide véhiculé est alors l'huile nécessaire à la lubrification du moteur. [0018] Dans cette première application, pour limiter la vidange du circuit d'huile, il peut avantageusement être prévu deux clapets anti-retour, qui sont placés respectivement en amont et en aval du conduit interne de l'axe de l'arbre à cames. [0019] Selon une application en variante, le moteur comprend un second arbre à cames semblable audit premier arbre, et le fluide véhiculé dans le conduit interne dudit second arbre est l'air qui provient du filtre à air et est dirigé ensuite vers le répartiteur d'admission, ce qui a pour résultat de faire jouer audit second arbre à cames une fonction de turbocompresseur. [0020] Dans cette application en variante, un microprocesseur assure, de préférence, le gavage en air du conduit interne. [0021] Selon une autre application en variante, le moteur comprend un troisième arbre à cames semblable au premier et au second arbre à cames, et le fluide véhiculé dans le conduit interne dudit troisième arbre est l'eau pour assurer un bon refroidissement de tous les éléments du moteur. [0022] Dans cette autre application, une pompe de gavage auxiliaire peut être prévue pour éviter la création d'une poche d'air. [0023] Selon encore une autre application, le moteur comprend un quatrième arbre à cames semblable aux premier, second et troisième arbre à cames, et le fluide véhiculé dans le conduit interne dudit quatrième arbre est un fluide choisi pour asservir un circuit quelconque lié au fonctionnement du véhicule. [0024] La présente invention a aussi pour objet un véhicule automobile, qui comporte un moteur thermique à quatre temps et à au moins un arbre à cames, qui comporte un dispositif permettant de transférer sous pression un fluide associé au fonctionnement du moteur, et ce dispositif est conforme à celui décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. [0025] D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'exemples de réalisation, non limitatifs de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe de la présente invention appliquée à un circuit de graissage général d'un moteur thermique à quatre temps, - la figure 2 est une vue en perspective, schématique, du dispositif de l'invention permettant de transférer sous pression un fluide associé au fonctionnement d'un moteur thermique à quatre temps de véhicule, et - la figure 3 est une vue en coupe, schématique, du palier arrivée de fluide du dispositif de la figure 2. [0026] Le principe de la présente invention est illustré par le schéma de la figure 1. [0027] Selon ce principe, l'huile située à l'intérieur du carter d'huile moteur 1, filtrée par le moyen de filtrage 3, est amenée par l'intermédiaire d'une pompe de gavage 2 sur l'entrée d'un conduit interne 5 d'un arbre à cames du moteur. Ce conduit interne 5 est de forme en serpentin ou hélicoïdale et s'étend sur une partie de la longueur de l'axe de l'arbre à cames. Lorsque l'arbre à cames est en rotation (illustrée par la flèche « r »), ce conduit interne fonctionne comme une vis d'Archimède qui réalise, ainsi, le transfert sous pression de l'huile vers les circuits haut et bas d'huile moteur, désignés 6 et 7, respectivement. Des clapets antiretour 4 et 8 sont placés respectivement en amont et en aval de l'arbre à cames, proches de l'entrée et de la sortie du conduit interne 5, pour limiter la vidange du circuit d'huile. La référence 9 désigne un limiteur de pression et les flèches « R » le retour de l'huile de lubrification vers le carter d'huile moteur 1. [0028] La rotation « r » de l'arbre à cames permet le déplacement de l'huile à l'intérieur de l'arbre, et la vitesse de rotation de ce dernier crée une différence de pression entre les deux extrémités de l'arbre à cames. Ainsi, la structure interne de l'arbre à cames crée une source de pression dans le circuit d'huile. En d'autres termes, la structure interne de l'arbre à cames fait fonction de « pompe » du circuit d'huile moteur. [0029] L'invention sera mieux comprise en référence à la figure 2, qui représente le dispositif de l'invention sur un moteur thermique à quatre temps de véhicule. De manière classique, l'arbre à cames, utilisé pour la commande synchronisée des soupapes du moteur, se compose d'une tige cylindrique - ou axe - et d'autant de cames que de soupapes à commander. Comme montré sur la figure 2, la commande des deux arbres à cames d'axe 10 et 10', respectivement, se fait par l'intermédiaire d'une courroie crantée 100 et de pignons d'entraînement 101 et 102, respectivement. [0030] Les deux arbres à cames sont entraînés en rotation autour des deux axes longitudinaux de rotation « x » et « x'», parallèles entre eux. [0031] Dans l'exemple de la figure 2, le dispositif de l'invention pour le transfert de l'huile de lubrification du moteur est monté sur l'arbre à cames d'axe 10. [0032] L'arrivée de l'huile (flèche « A ») à l'intérieur de l'axe 10 s'effectue au niveau d'un palier de fixation et de guidage de l'arbre, dit « palier arrivée » et référencé 20, et la sortie d'huile (flèche « D ») s'effectue au niveau d'un autre palier de fixation et de guidage de l'arbre, dit « palier départ » et référencé 30. L'huile est transférée sous pression du palier arrivée 20 au palier départ 30 en circulant dans le conduit interne 5 à volume hélicoïdal de l'axe 10 de l'arbre à cames, qui fonctionne comme une vis d'Archimède. La référence 50 désigne la culasse du moteur, la référence 40 un palier intermédiaire de fixation et de guidage de l'arbre à cames d'axe 10. [0033] L'effet « pompe » du conduit interne de l'arbre à cames sera mieux compris en référence au dessin de la figure 3, qui représente le palier d'arrivée 20 par lequel l'huile moteur entre dans le conduit interne 5. [0034] Le palier arrivée 20 est monté sur la culasse 50 par l'intermédiaire de vis de fixation représentées par leurs alésages 22 et 23. Outre sa fonction d'alimentation en huile décrite ci-après, il a une fonction première de palier de rotation en fixant et guidant l'arbre à cames en position de fonctionnement sur la culasse 50 du moteur. [0035] L'huile moteur arrive par un orifice 21 à la partie supérieure du palier arrivée 20, puis pénètre dans une gorge périphérique 13, qui est réalisée dans la surface externe de l'axe 10 de l'arbre à cames, avant d'entrer dans le conduit interne 5 déjà mentionné afin de circuler sous pression vers le palier départ 30. Le conduit interne 5 de transfert de l'huile est avantageusement réalisé sous la forme d'un perçage en serpentin ou hélice pratiqué dans le corps interne de l'axe 10 de l'arbre à cames. [0036] Bien que non représenté en détail, le palier départ 30 est conformé mutatis mutandis comme le palier arrivée 20. Il est monté sur la culasse 50 par l'intermédiaire de vis de fixation représentées par leurs alésages 32 et 33 (figure 2). Outre sa fonction de sortie huile grâce à son orifice 31 prévu à sa partie supérieure, il a une fonction première de palier de rotation en fixant et guidant l'arbre à cames en position de fonctionnement sur la culasse 50 du moteur. [0037] Selon une variante de réalisation, le moteur thermique comprend, comme représenté sur la figure 2, un second arbre à cames semblable audit premier arbre d'axe 10. Le fluide véhiculé dans le conduit interne de l'axe 10' du second arbre à cames peut être l'air qui provient du filtre à air et qui est dirigé ensuite vers le répartiteur d'admission, ce qui a pour résultat de faire jouer à ce second arbre à cames une fonction de turbocompresseur. La structure interne de l'axe de l'arbre à cames 10' est identique à celle de l'axe 10 de l'arbre à cames décrit en détails ci-dessus, et n'est pas pour cette raison, décrite de manière détaillée. [oo38] Dans cette variante de réalisation à deux arbres à cames, un microprocesseur (non représenté) assure le gavage en air du conduit interne de l'axe 10' du second arbre à cames. [0039] Selon une autre variante de réalisation de l'invention non représentée, le moteur thermique peut être un moteur à trois arbres à cames, le troisième arbre étant mutatis mutandis semblable au premier et au second arbre à cames des modes de réalisation décrits ci-dessus. Le fluide véhiculé dans le conduit interne du troisième arbre peut être de l'eau qui assure un bon refroidissement de tous les éléments du moteur. [0040] Dans ce mode de réalisation à trois arbres à cames, une pompe de gavage auxiliaire peut être prévue sur le circuit d'eau sous pression pour éviter la création d'une poche d'air. [0041] Selon une autre variante de réalisation encore, non représentée, le moteur thermique peut être un moteur à quatre arbres à cames, le quatrième arbre étant mutatis mutandis semblable aux trois premiers arbres mentionnés précédemment. Le fluide véhiculé dans le conduit interne de ce quatrième arbre peut être un fluide choisi pour asservir un circuit quelconque lié au fonctionnement du véhicule. [0042] Le dispositif de transfert sous pression de fluide décrit ci-dessus présente de nombreux avantages, parmi lesquels les avantages suivants : - il simplifie les circuits de fluide eau, air, huile, en supprimant la pompe classique, dépendante, entraînée par le moteur lui-même, - il améliore le rendement global du moteur, - il simplifie l'architecture générale du moteur, - il réduit les tâches de maintenance générale du moteur, - il réduit la masse totale du moteur, par conséquent sa consommation en carburant et ses émissions de gaz polluants, et - il est économique, du fait de la suppression d'éléments relativement coûteux, tels que la pompe et son mécanisme d'entraînement. [0043] Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés ci-dessus à titre d'exemples ; d'autres modes de réalisation peuvent être conçus par l'homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1. Dispositif permettant de transférer sous pression un fluide associé au fonctionnement d'un moteur thermique à quatre temps de véhicule, en particulier de véhicule automobile, ledit moteur comprenant au moins un arbre à cames composé d'un axe (10) et de cames, caractérisé en ce qu'il est constitué, d'une part, par un conduit interne (5) à l'axe (10) de l'arbre à cames, s'étendant d'une zone à une autre zone de la longueur dudit arbre à cames et présentant une forme sensiblement hélicoïdale de telle sorte que la rotation de l'arbre à cames forme une vis d'Archimède qui permet le transfert du fluide à l'intérieur de l'arbre à cames et, d'autre part, par des moyens d'entrée du fluide dans le conduit interne (5) et des moyens de sortie du fluide dudit conduit interne (5), lesdits moyens d'entrée et de sortie de fluide étant situés dans l'une et l'autre zones, respectivement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit axe (10) de l'arbre à cames est constitué d'un tube avec un volume creux de forme sensiblement hélicoïdale s'étendant sur une partie de sa longueur, lequel volume creux forme ledit conduit interne (5) de l'axe (10) de l'arbre à cames. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les moyens d'entrée du fluide dans le conduit interne (5) sont constitués par un premier palier de guidage et de fixation de l'arbre à cames, dit « palier arrivée » (20), et en ce que les moyens de sortie du fluide dudit conduit interne (5) sont constitués par un second palier de guidage et de fixation de l'arbre à cames, dit « palier départ » (30), le fluide étant alors transféré sous pression du palier arrivée (20) au palier départ (30). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun desdits paliers arrivée et départ (20 ; 30) de l'arbre à cames communique avec le conduit interne (5) hélicoïdal, par un orifice (21 ; 31) situé à la parie supérieure du palier (20 ; 30) et par une gorge périphérique (13) de l'axe (10) de l'arbre à cames qui communique avec ledit orifice (21 ; 31). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une pompe de gavage (2), auxiliaire, assure le gavage en fluide du conduit interne (5). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moteur comprend un seul arbre à cames, et en ce que le fluide véhiculé est l'huile nécessaire au graissage du moteur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, pour limiter la vidange du circuit d'huile, des clapets anti-retour (4, 8) sont placés proche des paliers arrivée (20) et départ (30), respectivement. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le moteur comprend un second arbre à cames semblable audit premier arbre, et en ce que le fluide véhiculé dans le conduit interne dudit second arbre est l'air qui provient du filtre à air et est dirigé ensuite vers le répartiteur d'admission, ce qui a pour résultat de faire jouer audit second arbre à cames une fonction de turbocompresseur. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un microprocesseur assure le gavage en air du conduit interne. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le moteur comprend un troisième arbre à cames semblable au premier et au second arbres à cames, et en ce que le fluide véhiculé dans le conduit interne dudit troisième arbre est l'eau pour assurer un bon refroidissement de tous les éléments du moteur. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une pompe de gavage auxiliaire est prévue pour éviter la création d'une poche d'air. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le moteur comprend un quatrième arbre à cames semblable aux premier, second et troisième arbres à cames, et en ce que le fluide véhiculé dans le conduit interne dudit quatrième arbre est un fluide choisi pour asservir un circuit quelconque lié au fonctionnement du véhicule. 13. Véhicule automobile, qui comporte un moteur thermique à quatre temps, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif permettant de transférer sous pression un fluide associé au fonctionnement du moteur, et en ce que ce dispositif est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.