EP1987236A1 - Procede et dispositif de lubrification a huile pour un procede moteur a combustion interne ainsi que moteur a combustion comportant un tel dispositif - Google Patents

Procede et dispositif de lubrification a huile pour un procede moteur a combustion interne ainsi que moteur a combustion comportant un tel dispositif

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EP1987236A1
EP1987236A1 EP07731563A EP07731563A EP1987236A1 EP 1987236 A1 EP1987236 A1 EP 1987236A1 EP 07731563 A EP07731563 A EP 07731563A EP 07731563 A EP07731563 A EP 07731563A EP 1987236 A1 EP1987236 A1 EP 1987236A1
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oil
bearings
internal combustion
combustion engine
oil mist
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M1/00—Pressure lubrication
    • F01M1/08—Lubricating systems characterised by the provision therein of lubricant jetting means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M9/00—Lubrication means having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M7/00
    • F01M9/10—Lubrication of valve gear or auxiliaries

Definitions

  • the present invention relates to a method and an oil lubrication device for an internal combustion engine, and an internal combustion engine comprising such a lubricating device.
  • the object of the invention is to provide a lubrication method adapted to an internal combustion engine comprising rolling bearings.
  • This object is achieved by a process involving the delivery of pressurized oil to the cylinder head where it is evaporated to generate an oil mist for lubricating bearing bearings.
  • the invention thus proposes a concept of a lubrication circuit of an internal combustion engine having bearings on bearings, which use both pressurized oil and oil in the form of vapor or mist. This method allows the lubrication of rolling bearings and thus the reduction of the average friction losses of the engine in order to obtain a reduction in the fuel consumption of an internal combustion engine.
  • the invention also relates to a lubrication device for an internal combustion engine having an engine block, a housing and a cylinder head and bearing bearings, the oil from an oil tank and being put under pressure by an oil pump.
  • This device comprises conduits for conveying the pressurized oil which open into the cylinder head through orifices shaped to obtain the vaporization of the oil and form an oil mist.
  • This device further includes chimneys through which the oil mist is diffused in the bottom of the housing.
  • This concept meets both the constraints of conventional internal combustion engine lubrication and bearing specific constraints.
  • lubrication systems are based on the principle of drip as in motorcycles or by systems of vaporization of the oil in the bottom casing by means of nozzles or wash bottles. Thanks to the provisions of the invention, the engine oil is conveyed under pressure to the cylinder head, where an oil mist is formed which is used both in the cylinder head for the lubrication of the bearings of the shaft. cams and in the crankcase for lubrication of crankshaft bearing bearings and crankshaft bearings.
  • Spraying of the oil is preferably achieved by puncturing bores until the oil is pressurized and where, as they exit to the bearings to be lubricated, the ambient oil mist is generated.
  • the oil used then descends to the casing by chimneys, according to the invention pierced at the height of the mandolin (that is to say at the level swept by the heads of rods).
  • deflectors are added to the chimney walls in order to give the oil an optimized orientation towards the counterweight of the crankshaft.
  • This arrangement improves the mixing and diffusion of the oil mist in the lower housing. This mixing ensures the lubrication and cooling of the crank pin and trunnion bearings. Thus, the lubrication of piston rings and shirts is also guaranteed at a lower cost.
  • the device of the invention has a number of advantages, among which include:
  • the bearings are lubricated and cooled in a simple manner and, in particular, without any additional specific member;
  • the volume of the oil pump can be reduced, since the pressure oil consumers are fewer; lowering the volume of the oil pump reduces the amount of power it draws from the internal combustion engine, which helps to reduce fuel consumption; the control pressure of the pump can be reduced, since the need is modified; the level of oil pressure to be reached being linked to the use of nozzles or wash bottles at the cone heads; it is the minimum pressure that guarantees an optimal jet for cooling the piston bottoms and the lubrication of the piston rings and the shirts; reducing the pressure level of the target also contributes to reducing the fuel consumption of the engine.
  • FIG. 1 diagrammatically shows the arrangement of the various elements of the device of the invention
  • FIG. 2 schematically shows the lubrication of a bearing of a camshaft with pressurized oil
  • FIG. 3 schematically shows the lubrication of the bearings on bearings with oil vaporized by means of the device of the invention
  • FIG. 4 schematically shows the drilling of the chimneys at the height of the mandolin with baffles.
  • FIG. 1 shows very schematically the arrangement of the various elements of the device of the invention in an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine is represented by its three main parts, namely an engine block 1, a housing 2 and a cylinder head 3.
  • the engine block 1 comprises the cylinders represented by a jacket 4 and a piston 5 with a connecting rod 6 connected to a crankshaft 7 by crank pinch bearings 8.
  • the crankshaft 7 is mounted on bearings in the form of journal bearings 9.
  • the yoke 3 comprises two camshafts 10, 11 mounted in the yoke 3 on bearings 12, 13.
  • the camshafts 10, 11 respectively act on one or the other of two latches 14, 15 respectively acting on a valve 16 or a valve 17.
  • the engine block 1 and the cylinder head 3 comprise first ducts 18 for conveying pressurized oil to the cylinder head 3.
  • the first ducts 18 open into the cylinder head 3 through orifices 19 (see FIGS. 2 and 3) shaped to obtain the vaporization of the oil at the moment of its exit in the cylinder head 3.
  • the engine block 1 further comprises chimneys 20 for driving the vaporized oil, collected after its use in the cylinder head 3, to the engine block 1 where the chimneys 20 open through orifices 21 shaped to bring the vaporized oil in. the engine block 1 and in the top of the housing 2 in the form of an oil mist.
  • the device of the invention is thus designed and implanted in the heat engine so that oil from an oil reservoir usually formed by the casing 2, but can also come from a tank outside the engine , is pressurized by an oil pump and is conveyed by the first ducts 18 to the cylinder head 3 and more precisely to the latches 14, 15 of the rockers controlling the valves 16, 17.
  • the latches 14, 15 are drilled in such a way as to lubricating the hydraulic stops of the camshaft with pressurized oil and then lubricating the bearing bearings 12, 13 of the two camshafts 10, 11 with vaporized oil.
  • the sprayed oil and not retained by the parts to be lubricated is collected and conveyed by the chimneys 20 to the engine block 1 in which the vaporized oil is directed firstly to the crankshaft bearings, namely the crank pin bearings 8 and the trunnion bearings 9.
  • the oil vapors are also directed towards the underside of the pistons 5 and towards the wall of the jackets 4.
  • the chimneys 20 are advantageously provided with deflectors 23 placed on the walls of the jackets. 4.
  • the invention can be applied to engines whose camshaft is provided with conventional bearings but having at the bottom of the housing, for example for the crank pins and / or the crankcases.
  • FIG. 2 schematically recalls the lubrication of a camshaft having conventional plain bearings by pressurized oil, the oil then leaving through holes ensuring the arrival of pressurized oil to the hydraulic stops of the camshaft.
  • the plain bearings of the camshafts are lubricated by a channel 24 in which the pressurized oil is conveyed directly to the bearings by the channels 24. Moreover, a mist is generated at the level of the drilled pawls.
  • the camshaft also comprises rolling bearings.
  • the pressurized oil arrives through the first ducts 18 from which it exits through the holes 19 to lubricate the hydraulic stops of the camshafts. Then, the pressurized oil continues to a shaped bore to obtain vaporization of the oil at the time of its exit in the cylinder head 3.

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Description

Procédé et dispositif de lubrification à huile pour un Procédé moteur à combustion interne ainsi que moteur à combustion comportant un tel dispositif
La présente invention revendique la priorité de la demande française 0650648 déposée le 24/02/2006 dont le contenu (description, revendications et dessins) est incorporé ici par référence.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de lubrification à huile pour un moteur à combustion interne, ainsi qu'un moteur à combustion interne comportant un tel dispositif de lubrification.
La réglementation récente visant à réduire la pollution et l'émission de C02 impose aux constructeurs d'automobiles de réduire la consommation des moteurs. Une voie d'exploration est la réduction des pertes moyennes par frottement par l'utilisation de roulements. Dans cet esprit, différents programmes de recherche visent au remplacement des paliers hydrodynamiques usuels, tels les paliers du vilebrequin, les paliers du ou des arbres à cames et les têtes de bielles, par des paliers sur roulements .
La lubrification de ces roulements constitue un enjeu important du concept "moteur sur roulements", car il faut garantir une quantité suffisante d'huile aux roulements pour assurer leur lubrification et leur refroidissement .
Pour la lubrification de pièces tournantes, il y a essentiellement trois possibilités, à savoir la lubrification par de l'huile sous pression, généralement utilisée pour les moteurs à combustion interne, la lubrification avec des graisses lubrifiantes qui présentent l'inconvénient de risquer d'être éloignées des pièces tournantes sous l'effet de centrifugation, ce qui rendrait la lubrification sans effet, et la lubrification à huile pulvérisée qui, selon des premiers tests, s'est avérée comme avantageuse sur plusieurs plans. Le but de l'invention est de proposer un procédé de lubrification adapté à un moteur à combustion interne comportant des paliers à roulement.
Ce but est atteint par un procédé comportant l'acheminement de l'huile sous pression à la culasse où elle est évaporée pour générer un brouillard d'huile servant à la lubrification des roulements des paliers.
L'invention propose ainsi un concept de circuit de lubrification d'un moteur à combustion interne ayant des paliers sur roulements, qui utilisent à la fois de l'huile sous pression et de l'huile sous forme de vapeur ou brouillard. Ce procédé permet la lubrification des paliers à roulement et donc la réduction des pertes moyennes par frottement du moteur afin d' obtenir une réduction de la consommation en carburant d'un moteur à combustion interne.
L'invention a également pour objet un dispositif de lubrification pour un moteur à combustion interne ayant un bloc-moteur, un carter et une culasse et comportant des paliers sur roulements, l'huile provenant d'un réservoir d'huile et étant mise sous pression par une pompe à huile. Ce dispositif comprend des conduits pour l'acheminement de l'huile sous pression qui débouchent dans la culasse par des orifices conformées pour obtenir la vaporisation de l'huile et former un brouillard d'huile. Ce dispositif comprend de plus des cheminées par lesquelles le brouillard d'huile est diffusé dans le bas du carter.
Ce concept répond à la fois aux contraintes liées à la lubrification d'un moteur à combustion interne classique et aux contraintes spécifiques aux roulements.
D'autres systèmes de lubrification sont basés sur le principe de goutte à goutte comme dans les motocycles ou par des systèmes de vaporisation de l'huile dans le bas carter par l'intermédiaire de gicleurs ou de pissettes . Grâce aux dispositions de l'invention, l'huile du moteur est acheminée sous pression jusqu'à la culasse, où est formé un brouillard d'huile qui est utilisé à la fois dans la culasse pour la lubrification des roulements de l'arbre à cames et dans le bas carter pour la lubrification des roulements paliers du vilebrequin et des roulements des têtes de bielles.
La vaporisation de l'huile est obtenue, de préférence, par des perçages de linguets jusqu ' auxquels l'huile est amenée sous pression et où, à leur sortie vers les roulements à lubrifier, est généré le brouillard d'huile ambiant.
L'huile utilisée descend ensuite vers le carter par des cheminées, selon l'invention percées à la hauteur de la mandoline (c'est-à-dire au niveau balayé par les têtes de bielles) .
Selon une variante de réalisation, on ajoute des déflecteurs sur les parois des cheminées afin de donner à l'huile une orientation optimisée vers le contrepoids du vilebrequin. Cette disposition permet d'améliorer le brassage et la diffusion du brouillard d'huile dans le bas carter. Ce brassage assure la lubrification et le refroidissement des roulements de manetons et de tourillons. Ainsi, la lubrification des segments du piston et des chemises est également garantie à moindre coût .
Le dispositif de l'invention présente un certain nombre d'avantages parmi lesquels figurent notamment :
- les roulements sont lubrifiés et refroidis de manière simple et, notamment, sans aucun organe spécifique additionnel;
- le volume de la pompe à huile 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 à combustion interne, ce qui contribue à réduire la consommation de carburant; - la pression de régulation de la pompe peut être réduite, puisque le besoin en est modifié; le niveau de pression d'huile à atteindre étant lié à l'utilisation de gicleurs ou de pissettes au niveau des têtes de bielles; c'est la pression minimale qui garantit un jet optimal pour assurer le refroidissement des fonds de piston et la lubrification des segments du piston et des chemises; la diminution du niveau de pression de la cible contribue également à réduire la consommation de carburant du moteur thermique.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci- après d'un mode de réalisation de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés. Dans ces dessins :
- la figure 1 représente schématiquement la disposition des différents éléments du dispositif de 1 ' invention,
- la figure 2 rappelle schématiquement la lubrification d'un palier d'un arbre à cames avec de l'huile sous pression,
- la figure 3 montre schématiquement la lubrification des paliers sur roulements avec de l'huile vaporisée au moyen du dispositif de l'invention et - la figure 4 montre schématiquement le perçage des cheminées à la hauteur de la mandoline avec des déflecteurs .
La figure 1 montre très schématiquement la disposition des différents éléments du dispositif de l'invention dans un moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne est représenté par ses trois parties principales, à savoir un bloc moteur 1, un carter 2 et une culasse 3. Le bloc moteur 1 comporte les cylindres représentés par une chemise 4 et un piston 5 avec une bielle 6 reliée à un vilebrequin 7 par des roulements de manetons 8. Le vilebrequin 7 est monté sur des paliers se présentant sous la forme de roulements de tourillons 9.
La culasse 3 comporte deux arbres à cames 10, 11 montés dans la culasse 3 sur des roulements 12, 13. Les arbres à cames 10, 11 agissent respectivement sur l'un ou sur l'autre de deux linguets 14, 15 agissant respectivement sur une valve 16 ou une valve 17.
Le bloc moteur 1 et la culasse 3 comportent des premiers conduits 18 destinés à acheminer de l'huile sous pression à la culasse 3. Les premiers conduits 18 débouchent dans la culasse 3 par des orifices 19 (voir figures 2 et 3) conformés pour obtenir la vaporisation de l'huile au moment de sa sortie dans la culasse 3.
Le bloc moteur 1 comprend par ailleurs des cheminées 20 destinées à conduire l'huile vaporisée, collectée après son utilisation dans la culasse 3, vers le bloc moteur 1 où les cheminées 20 débouchent par des orifices 21 conformés pour faire entrer l'huile vaporisée dans le bloc moteur 1 et dans le haut du carter 2 sous la forme d'un brouillard d'huile.
Le dispositif de l'invention est ainsi conçu et implanté dans le moteur thermique de façon que de l'huile provenant d'un réservoir d'huile habituellement formée par le carter 2, mais pouvant tout aussi bien provenir d'un réservoir extérieur au moteur, est mise sous pression par une pompe à huile et est acheminée par les premiers conduits 18 vers la culasse 3 et plus précisément vers les linguets 14, 15 des culbuteurs commandant les soupapes 16, 17. Les linguets 14, 15 sont percés de manière à assurer la lubrification par huile sous pression des butées hydrauliques de l'arbre à cames et, ensuite, pour assurer la lubrification par de l'huile vaporisée des paliers sur roulements 12, 13 des deux arbres à cames 10, 11. L'huile vaporisée et non retenue par les pièces à lubrifier est collectée et acheminée par les cheminées 20 vers le bloc moteur 1 dans lequel l'huile vaporisée est dirigée d'une part vers les roulements du vilebrequin, à savoir les roulements 8 de manetons et les roulements 9 de tourillons. Les vapeurs d'huile sont également orientées vers la face inférieure des pistons 5 et vers la paroi des chemises 4. Pour améliorer la qualité de la lubrification par l'huile vaporisée, les cheminées 20 sont avantageusement pourvues de déflecteurs 23 disposés sur les parois des cheminées comme illustrés sur la figure 4. Dans une première variante, l'invention peut s'appliquer à des moteurs dont l'arbre à cames est muni de paliers conventionnels mais présentant en bas de carter, par exemple pour les manetons et/ou les tourillons des paliers à roulement. La figure 2 rappelle schématiquement la lubrification d'un arbre à cames ayant des paliers lisses classiques par de l'huile sous pression, l'huile sortant alors par des perçages assurant l'arrivée de l'huile sous pression aux butées hydrauliques de l'arbre à cames. Les paliers lisses des arbres à cames sont lubrifiés par un canal 24 dans lequel l'huile sous pression est acheminée directement aux paliers par les canaux 24. Par ailleurs, un brouillard est généré au niveau des linguets percés.
Dans la seconde variante, illustrée avec la figure 3, l'arbre à cames comporte également des paliers à roulements. L'huile sous pression arrive par les premiers conduits 18 desquels elle sort par les perçages 19 pour lubrifier les butées hydrauliques des arbres à cames. Ensuite, l'huile sous pression continue jusqu'à un perçage 25 conformé pour obtenir la vaporisation de l'huile au moment de sa sortie dans la culasse 3.
Dans les deux variantes, le brouillard d'huile est renvoyé en bas de carter par des cheminées comme indiqué précédemment .

Claims

REVEND ICATIONS
1. Procédé de lubrification d'un moteur à combustion interne comportant des paliers sur roulements comportant l'acheminement de l'huile sous pression à la culasse où elle est vaporisée pour générer un brouillard d'huile servant à la lubrification des roulements des paliers .
2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel les roulements lubrifiés par le brouillard d'huile sont des roulements de paliers de manetons.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, selon lequel les roulements lubrifiés par le brouillard d'huile sont des roulements de paliers de tourillons.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, selon lequel les roulements lubrifiés par le brouillard d'huile sont des roulements de paliers d'arbre à cames.
5. Dispositif de lubrification à huile pour un moteur à combustion interne ayant un bloc-moteur (1) , un carter (2) et une culasse (3) et comportant des paliers sur roulements, l'huile provenant d'un réservoir d'huile et étant mise sous pression par une pompe à huile, caractérisé en ce qu'il comprend des conduits (18) pour l'acheminement de l'huile sous pression, ces conduits (18) débouchant dans la culasse (3) par des orifices (25) conformées pour obtenir la vaporisation de l'huile et former un brouillard d'huile et des cheminées (20) par lesquelles le brouillard d'huile est diffusé dans le bas du carter.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les orifices (25) sont des perçages (25) pratiqués dans des linguets des culbuteurs du moteur .
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par des déflecteurs (23) disposés en sortie des cheminées (20) pour orienter le brouillard d'huile vers des tourillons du vilebrequin.
8. Moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7.
9. Moteur à combustion interne selon la revendication 8 dont l'arbre à cames comporte des paliers à roulements lubrifiés par le brouillard d'huile.
10. Moteur à combustion interne selon la revendication 8 dont le vilebrequin est associé à des tourillons et/ou des manetons comportant des paliers à roulements lubrifiés par le brouillard d'huile.
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