FR2710114A1

FR2710114A1 - Hydrodynamic bearing bush for internal combustion engine

Info

Publication number: FR2710114A1
Application number: FR9311096A
Authority: FR
Inventors: Desplanches Gerard
Original assignee: Renault SAS; Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Renault SAS; Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-24
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: FR2710114B1

Abstract

Bush for hydrodynamic crankshaft bearing (5) of an internal combustion engine, comprising at least one cylindrical or semi-cylindrical shell (3) exhibiting a central bore designed to receive a corresponding bearing surface (4) of the crankshaft, in a rotating fashion, characterised in that the lateral ends (31, 32) of the said shell (3) are capable of deforming as a function of the temperature, so as to reduce the clearance (EF) between the shell and the bearing surface in line with the lateral ends (31, 32) during operation when cold, and to increase this clearance (EC) when hot.

Description

COUSSINET DE PALIER HYDRODYNAMIOUE POUR
MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention concerne un coussinet de palier hydrodynamique pour moteur à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un coussinet de palier hydrodynamique pour vilebrequin de moteur à combustion interne, adapté pour permettre une montée rapide en température de l'huile de lubrification.HYDRODYNAMICALLY BEARING BEARING FOR
INTERNAL COMBUSTION ENGINE
The present invention relates to a hydrodynamic bearing bushing for an internal combustion engine. The invention relates more particularly to a hydrodynamic bearing bearing for an internal combustion engine crankshaft, adapted to allow a rapid rise in temperature of the lubricating oil.

Le problème de la montée en température de l'huile de lubrification au démarrage des moteurs à combustion interne multicylindres se pose depuis longtemps à l'homme de l'art. En effet, la viscosité des huiles de lubrification classiquement utilisées varie avec la température. I1 en résulte qu'en phase de démarrage d'un moteur, l'huile encore froide a une viscosité relativement élevée entraînant une perte importante de la puissance absorbée par les frottements de l'équipage mobile (pistons, bielles et vilebrequin) et donc une diminution du rendement du moteur. The problem of the rise in temperature of the lubricating oil at the start of multicylinder internal combustion engines has been posed for a long time to those skilled in the art. Indeed, the viscosity of conventionally used lubricating oils varies with temperature. I1 follows that in the engine start-up phase, the still cold oil has a relatively high viscosity resulting in a significant loss of the power absorbed by the friction of the moving assembly (pistons, connecting rods and crankshaft) and therefore a decrease in engine efficiency.

Différentes solutions ont été développées pour tenter de résoudre ce problème. Des recherches ont ainsi été conduites sur les huiles, mais on ne connaît toujours pas d'huile dont la viscosité ne varie pas avec la température. On a également équipé le circuit de lubrification du moteur de moyens de chauffage rapportés pour accélérer la phase de montée en température de l'huile. On peut notamment citer le document EP-A-394.796 qui décrit la mise en place de résistances de chauffage directement dans le carter d'huile, ou encore le document EP-A-401.329 qui divulgue un filtre à huile chauffant. Different solutions have been developed to try to solve this problem. Research has thus been carried out on oils, but we still do not know any oil whose viscosity does not vary with temperature. The engine lubrication circuit was also fitted with added heating means to accelerate the oil temperature rise phase. Mention may in particular be made of document EP-A-394,796 which describes the installation of heating resistors directly in the oil pan, or even document EP-A-401,329 which discloses a heating oil filter.

Toutefois ces dispositifs connus dans lesquels l'huile de lubrification est chauffée au droit du carter d'huile ont pour inconvénients, ou bien de nécessiter une très forte puissance électrique pour pouvoir fonctionner, ou bien de ne pas chauffer suffisamment rapidement l'huile pour éviter les frottements de l'équipage mobile au démarrage du moteur. However, these known devices in which the lubricating oil is heated in line with the oil sump have the drawbacks either of requiring very high electrical power to be able to operate, or else of not heating the oil quickly enough to avoid the friction of the moving part when the engine starts.

Une autre approche développée par la
Demanderesse consiste à limiter assez sensiblement le débit de l'huile alimentant les paliers du vilebrequin. La rotation du vilebrequin échauffe naturellement par frottement les paliers et donc l'huile présente dans ces derniers. En réduisant les fuites d'huile au niveau des jeux de fonctionnement, il est alors possible d'obtenir une montée rapide en température de l'huile des paliers du vilebrequin et donc de réduire rapidement les frottements de l'équipage mobile.Another approach developed by the
Applicant consists in limiting the flow of oil supplying the crankshaft bearings quite appreciably. The rotation of the crankshaft naturally heats the bearings by friction and therefore the oil present in the latter. By reducing the oil leaks at the operating clearances, it is then possible to obtain a rapid rise in temperature of the oil in the crankshaft bearings and therefore quickly reduce the friction of the moving assembly.

Dans le document FR-A-2.674.905 déposé par la Demanderesse, on expose un procédé pour assurer la lubrification d'un vilebrequin de moteur à combustion interne, limitant les fuites d'huile, au niveau des surfaces de portée. Ce procédé consistant à étancher les jeux de fonctionnement des différentes surfaces de portée du vilebrequin, en disposant des moyens d'étanchéité autour des extrémités latérales des paliers tels que des joints à lèvre ou segments d'étanchéité reposant à la fois contre les faces latérales des paliers et contre le vilebrequin de façon à isoler l'espace où débouche les jeux. In document FR-A-2,674,905 filed by the Applicant, a method is described for ensuring the lubrication of an internal combustion engine crankshaft, limiting oil leaks, at the bearing surfaces. This process consisting in sealing the operating clearances of the different bearing surfaces of the crankshaft, by having sealing means around the lateral ends of the bearings such as lip seals or sealing segments resting against both the lateral faces of the bearings and against the crankshaft so as to isolate the space where the games lead.

L'inconvénient majeur de cette solution, est qu'une fois les moyens d'étanchéité mis en place, on impose une limitation des fuites d'huile aux paliers dans toutes les phases de fonctionnement du moteur. Or dans certaines phases, hauts régimes, fonctionnement à chaud, il est souhaitable d'éviter une trop forte élévation de la température des paliers (bien que les huiles aient fait d'énormes progrès en matière de tenue en température) et donc d'avoir des fuites d'huiles suffisantes pour évacuer les calories et refroidir les paliers. The major drawback of this solution is that once the sealing means are in place, oil leakage is limited to the bearings in all of the engine's operating phases. However, in certain phases, high speeds, hot operation, it is desirable to avoid too high a rise in the temperature of the bearings (although the oils have made enormous progress in terms of temperature resistance) and therefore to have sufficient oil leakage to dissipate calories and cool the bearings.

Le but de la présente invention est donc de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un coussinet adapté, de conception relativement simple et économique, permettant une montée rapide de la température. The object of the present invention is therefore to remedy the drawbacks of the prior art by proposing a suitable pad, of relatively simple and economical design, allowing a rapid rise in temperature.

Le coussinet selon l'invention est donc destiné à équiper un palier hydrodynamique de vilebrequin de moteur à combustion interne. Il comprend au moins une coquille cylindrique ou semi cylindriqde présentant un alésage central destiné à recevoir de manière tournante une surface de portée correspondante du vilebrequin. The bearing according to the invention is therefore intended to equip a hydrodynamic bearing of an internal combustion engine crankshaft. It comprises at least one cylindrical or semi-cylindrical shell having a central bore intended to receive in a rotary manner a surface of corresponding bearing of the crankshaft.

Selon l'invention, le coussinet est caractérisé en ce que les extrémités latérales de la coquille sont aptes à se déformer en fonction de la température, de façon à réduire le jeu existant entre la coquille et la surface de portée au droit des extrémités latérales lors d'un fonctionnement à froid et à augmenter ce jeu à chaud. According to the invention, the bearing is characterized in that the lateral ends of the shell are able to deform as a function of the temperature, so as to reduce the clearance existing between the shell and the bearing surface in line with the lateral ends during cold operation and increase this hot play.

Selon une autre caractéristique du coussinet selon l'invention, la coquille est constituée par une pluralité de couches concentriques réalisées dans des matériaux présentant des coefficients de dilatations thermiques distincts, chacune de ces couches comportant à leurs extrémités latérales des entailles prédéfinies régulièrement réparties sur toute la périphérie. According to another characteristic of the pad according to the invention, the shell is constituted by a plurality of concentric layers made of materials having different coefficients of thermal expansion, each of these layers comprising at their lateral ends predefined notches regularly distributed over the entire periphery.

Selon une autre caractéristique du coussinet selon l'invention, la coquille comprend une couche extérieure réalisée en matériau à faible coefficient de dilatation thermique tel qu'un alliage FeNiCo, une couche intermédiaire en matériau à coefficient de dilatation de valeur moyenne tel qu'un acier extra-doux et une couche intérieure en matériau à coefficient de dilatation élevé tel qu'un acier inox, l'assemblage des différentes couches étant réalisé par colaminage à chaud de façon à obtenir la rectitude des génératrices de la coquille à la température de fonctionnement à chaud du moteur. According to another characteristic of the pad according to the invention, the shell comprises an outer layer made of material with a low coefficient of thermal expansion such as a FeNiCo alloy, an intermediate layer of material with a coefficient of expansion of medium value such as steel extra soft and an inner layer of material with a high coefficient of expansion such as stainless steel, the assembly of the different layers being carried out by hot co-laminating so as to obtain the straightness of the generatrices of the shell at the operating temperature at engine hot.

Selon une autre caractéristique du coussinet selon l'invention, la coquille coopère avec des moyens d'isolation thermique du palier. According to another characteristic of the pad according to the invention, the shell cooperates with means of thermal insulation of the bearing.

Selon une autre caractéristique du coussinet selon l'invention, l'une des couches composant la coquille est réalisée en un matériau à faible coefficient de conduction thermique tel qu'un acier inox. According to another characteristic of the pad according to the invention, one of the layers making up the shell is made of a material with a low coefficient of thermal conduction such as stainless steel.

On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description présentée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel
la figure 1 est une vue en coupe partielle transversale d'un palier de vilebrequin muni d'un coussinet selon l'invention
la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 précisant le fonctionnement du coussinet.The aims, aspects and advantages of the present invention will be better understood from the description presented below of an embodiment of the invention, given by way of nonlimiting example, with reference to the attached drawing, in which
Figure 1 is a partial cross sectional view of a crankshaft bearing provided with a bearing according to the invention
Figure 2 is a view similar to Figure 1 showing the operation of the pad.

Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés. Only the elements necessary for understanding the invention have been shown.

Pour faciliter la lecture des dessins les mêmes éléments reçoivent les mêmes signes de référence d'une figure à l'autre.To make the drawings easier to read, the same elements are given the same reference signs from one figure to another.

Le vilebrequin 2 d'un moteur à combustion interne du type multicylindre, comporte classiquement une succession de surfaces cylindriques de portée, tourillons et manetons, destinées à être montées tournantes dans' des paliers correspondants portés respectivement par le carter cylindres (définissant la ligne d'arbre) et par les bielles. The crankshaft 2 of an internal combustion engine of the multicylinder type, conventionally comprises a succession of cylindrical bearing surfaces, journals and crankpins, intended to be mounted rotating in 'corresponding bearings carried respectively by the cylinder block (defining the line of tree) and by the connecting rods.

Ainsi, le tourillon 4 figuré, est logé de manière tournante dans un palier 5 fixe du carter cylindres 2. Le logement du palier 5 est muni classiquement d'un coussinet 3. Le palier 5 et le coussinet 3 sont réalisés traditionnellement en deux parties pour permettre le montage du vilebrequin, ainsi le palier 5 est formé d'un demi palier supérieur porté par une nervure 1 du carter cylindres et d'un demi palier inférieur rapporté 6, encore appelé chapeau de palier. Thus, the pin 4 shown, is housed in a rotary manner in a fixed bearing 5 of the cylinder block 2. The housing of the bearing 5 is conventionally provided with a bearing 3. The bearing 5 and the bearing 3 are traditionally made in two parts for allow the crankshaft to be mounted, thus the bearing 5 is formed by an upper half bearing carried by a rib 1 of the cylinder block and by an attached lower half bearing 6, also called bearing cap.

Le coussinet 3 se présente donc sous la forme de demi-coquilles cylindriques dont la surface destinée à venir en contact avec la partie tournante est revêtue d'une couche de métal antifriction. Ce métal est classiquement le régule ou le bronze au plomb. The pad 3 is therefore in the form of cylindrical half-shells, the surface of which intended to come into contact with the rotating part is coated with a layer of anti-friction metal. This metal is conventionally regulates or lead bronze.

La lubrification du palier 5 est opérée par de l'huile sous pression amenée depuis la rampe principale d'arrivée d'huile au moteur, jusqu'au palier 5 du tourillon par un ajutage non figuré qui traverse la nervure du carter cylindres 1. Un perçage également non figuré prolonge cet ajutage à travers le coussinet 3 et amène l'huile au jeu de fonctionnement défini entre le coussinet 3 et le tourillon 4. The lubrication of the bearing 5 is carried out by pressurized oil brought from the main oil supply ramp to the engine, up to the bearing 5 of the trunnion by an un figured nozzle which crosses the rib of the cylinder block 1. A drilling also not shown extends this nozzle through the bearing 3 and brings the oil to the operating clearance defined between the bearing 3 and the pin 4.

Classiquement, une gorge pratiquée dans le coussinet permet une bonne répartition de l'huile autour du tourillon. Un canal percé à travers le vilebrequin relie ensuite le tourillon au maneton qui lui est adjacent. L'huile sous pression acheminée par le canal débouche au niveau du maneton et permet ainsi la lubrification du jeu de fonctionnement entre le maneton et le coussinet de tête de bielle. Conventionally, a groove made in the bearing allows a good distribution of the oil around the journal. A channel drilled through the crankshaft then connects the pin to the crankpin which is adjacent to it. The pressurized oil routed through the channel opens at the crankpin and thus allows the lubrication of the operating clearance between the crankpin and the big end bearing.

Conformément à l'invention le coussinet 3 présente la caractéristique d'avoir ses extrémités latérales 31,32 déformables avec la température pour générer un jeu de fonctionnement tourilloncoussinet "ef" au droit des extrémités réduit à froid, de l'ordre de 10 pm (figure 2) et un jeu plus important "ec" à chaud, de l'ordre de 30 Um (figure 1). Grâce à l'adaptation du jeu de fonctionnement aux extrémités du coussinet, suivant la température, il est possible de limiter les fuites d'huile dans la phase de fonctionnement à froid du moteur à froid. In accordance with the invention, the pad 3 has the characteristic of having its lateral ends 31, 32 deformable with temperature to generate a backlash operating clearance "ef" at the ends of the cold reduced ends, of the order of 10 μm ( Figure 2) and a larger clearance "ec" hot, of the order of 30 Um (Figure 1). Thanks to the adaptation of the operating clearance at the ends of the bearing, depending on the temperature, it is possible to limit oil leaks in the cold operating phase of the cold engine.

Un coussinet 3 de ce type peut être réalisé par exemple par l'empilement de couches de matériaux à coefficient de dilatation distinct s'étendant concentriquement et dont les extrémités axiales ont été préalablement cisaillées sur une longueur de quelques millimètres à intervalles réguliers sur toute la périphérie. L'assemblage du coussinet multicouche est opéré par colaminage de feuilles minces à surfaces rugosifiées, à une température donnée correspondant à celle de fonctionnement du moteur à chaud, de façon à obtenir pour cette température la rectitude des génératrices du coussinet. A pad 3 of this type can be produced for example by stacking layers of materials with a distinct coefficient of expansion extending concentrically and the axial ends of which have been sheared beforehand over a length of a few millimeters at regular intervals over the entire periphery. . The assembly of the multilayer bearing is operated by co-laminating thin sheets with roughened surfaces, at a given temperature corresponding to that of operation of the hot engine, so as to obtain for this temperature the straightness of the generators of the bearing.

L déformation des extrémités axiales du coussinet est alors obtenue par la variation géométrique des extrémités des différentes couches par effet bilame. The deformation of the axial ends of the bearing is then obtained by the geometric variation of the ends of the different layers by the bimetallic strip effect.

Selon un mode de réalisation non limitatif le coussinet 3 est réalisé à partir de trois couches distinctes. La couche intérieure, sur laquelle est appliquée le revêtement anti-friction au contact du tourillon 4, est réalisée par un acier inox, à coefficient de dilatation thermique élevé. La couche intermédiaire est en acier extradoux de coefficient de dilatation thermique moyen et la couche extérieure en alliage de type FeNiCo à faible coefficient de dilatation thermique. According to a nonlimiting embodiment, the pad 3 is made from three separate layers. The inner layer, on which the anti-friction coating is applied in contact with the pin 4, is made of stainless steel, with a high coefficient of thermal expansion. The intermediate layer is made of extra soft steel with a medium coefficient of thermal expansion and the outer layer is made of an FeNiCo type alloy with a low coefficient of thermal expansion.

En utilisant un coussinet suivant l'invention, on obtient une montée rapide en température de l'huile présente dans les paliers sans recourir à des moyens de chauffage électriques rapportés, le simple frottement du tourillon 4 sur le coussinet 3 provoque naturellement le réchauffement de l'huile. La réduction du jeu aux extrémités produit par la rétractation à froid des extrémités 31,32 latérales du coussinet 3 suffit à limiter les fuites d'huiles sans augmenter sensiblement les frottements contrairement à une réduction du jeu opérée sur toute la longueur du coussinet. By using a bearing according to the invention, a rapid rise in temperature of the oil present in the bearings is obtained without resorting to additional electric heating means, the simple friction of the pin 4 on the bearing 3 naturally causes the heating of the 'oil. The reduction in clearance at the ends produced by the cold shrinkage of the lateral ends 31, 32 of the pad 3 is sufficient to limit the leakage of oils without appreciably increasing friction, unlike a reduction in the clearance effected over the entire length of the pad.

Lorsque le moteur s'échauffe, les extrémités 31,32 retrouvent leur position dans le prolongement des génératrices du coussinet 3, autorisant un passage suffisant pour assurer un débit conséquent d'huile qui assure le refroidissement du palier et empêche 'tout échauffement excessif. When the engine heats up, the ends 31, 32 find their position in the extension of the generators of the bearing 3, allowing a sufficient passage to ensure a consequent flow of oil which ensures the cooling of the bearing and prevents any excessive heating.

Le coussinet selon l'invention présente l'avantage supplémentaire en se rétractant lors du refroidissement du moteur d'emprisonner l'huile présente dans le palier et ainsi d'assurer au démarrage suivant, une présence suffisante d'huile dès les premières rotations du vilebrequin. The bearing according to the invention has the additional advantage of retracting when the engine cools, trapping the oil present in the bearing and thus ensuring at the next start-up, a sufficient presence of oil from the first rotations of the crankshaft. .

La montée rapide en température de l'huile au démarrage est accélérée en isolant thermiquement le palier pour éviter la déperdition de chaleur à travers le carter cylindres ou à travers les bielles. Pour ce faire une solution consiste à utiliser un matériau à faible coefficient de conductibilité thermique pour réaliser au moins l'une des couches du coussinet 3, ce qui est le cas de la couche d'acier inox précité. The rapid rise in oil temperature at start-up is accelerated by thermally insulating the bearing to prevent heat loss through the cylinder block or through the connecting rods. To do this, a solution consists in using a material with a low coefficient of thermal conductivity to produce at least one of the layers of the pad 3, which is the case of the aforementioned layer of stainless steel.

Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and illustrated, which has been given only by way of example.

Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. On the contrary, the invention includes all the technical equivalents of the means described and their combinations if these are carried out according to the spirit.

Ainsi il est possible de réaliser le coussinet avec des matériaux à mémoire de forme pour assurer la déformation des extrémités latérales avec la température. Thus it is possible to make the pad with shape memory materials to ensure the deformation of the lateral ends with temperature.

Ainsi l'isolation thermique des paliers peut être réalisée par des revêtements de surface côté carter ou côté vilebrequin, ou bien encore par des compositions ou des alliages adaptés constituant la matière même de ces organes. Thus, the thermal insulation of the bearings can be achieved by surface coatings on the casing side or on the crankshaft side, or alternatively by suitable compositions or alloys constituting the very material of these organs.

Ainsi un revêtement isolant peut être prévu sur le vilebrequin 8 au droit des tourillons et des manetons pour limiter les déperditions thermiques à travers ce dernier. Thus an insulating coating can be provided on the crankshaft 8 in line with the journals and the crankpins to limit the heat losses through the latter.

Claims

[1] Bushing for hydrodynamic bearing (5) of crankshaft of internal combustion engine, comprising at least one cylindrical or semi-cylindrical shell having (3) a central bore intended to receive in rotation manner a corresponding bearing surface (4) of the crankshaft, characterized in that the lateral ends (31, 32) of said shell (3) are able to deform as a function of temperature, so as to reduce the clearance (ef) existing between the shell and the bearing surface at right of the lateral ends (31,32) during cold operation and to increase this clearance (ec) when hot.

[2] Bushing for hydrodynamic bearing according to claim 1, characterized in that said shell (3) consists of a plurality of concentric layers made of materials having coefficients of distinct thermal expansion, each of these layers comprising at their lateral ends predefined notches regularly distributed over the entire periphery.

[3] Bushing for hydrodynamic bearing according to claim 2, characterized in that said shell (3) comprises an outer layer made of material with a low coefficient of thermal expansion such as a FeNiCo alloy, an intermediate layer of material with a coefficient of expansion of average value such as extra soft steel and an inner layer of material with a high coefficient of expansion such as stainless steel, the assembly of the different layers being carried out by hot co-laminating so as to obtain the straightness of the generatrices of said shell at engine hot operating temperature.

[4] Bushing for hydrodynamic bearing according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said shell (3) cooperates with means of thermal insulation of the bearing (5).

[5] Bushing for hydrodynamic bearing according to claims 2 and 4, characterized in that one of the layers making up said shell (3) is made of a material with a low coefficient of thermal conduction such as stainless steel.