FR2711392A1

FR2711392A1 - Lubrication circuit for an internal combustion engine

Info

Publication number: FR2711392A1
Application number: FR9312416A
Authority: FR
Inventors: Toplosky John
Original assignee: Renault SAS; Regie Nationale des Usines Renault
Current assignee: Renault SAS; Regie Nationale des Usines Renault
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1995-04-28
Anticipated expiration: 2013-10-19
Also published as: FR2711392B1

Abstract

Lubrication circuit for an internal combustion engine designed to convey oil from an oil reservoir to the various surfaces (5) to be lubricated of the engine, the said circuit comprising especially a pump, filter means, a supply gallery located substantially parallel to the line of the shaft of the engine and calibrated ducts (7) in the cylinder block (1) for conveying oil directly to the hydrodynamic crankshaft bearings (3), characterised in that it includes restricting shut-off means (8, 9) designed to alter the flow rate of oil supplied to the said bearings (5) as a function of temperature.

Description

CIRCUIT DE LUBRIFICATION POUR MOTEUR A
COMBUSTION INTERNE
La présente invention concerne un circuit de lubrification de moteur à combustion interne destiné plus particulièrement à équiper un véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un circuit de lubrification adapté pour permettre une montée rapide en température de l'huile de lubrification.LUBRICATION CIRCUIT FOR A MOTOR WITH
INTERNAL COMBUSTION
The present invention relates to an internal combustion engine lubrication circuit intended more particularly to equip a motor vehicle. The invention relates more particularly to a lubrication circuit 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. Il 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. As a result, when the engine is starting, 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 connais 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-384.796 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 conducted 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-384,796 which describes the installation of heating resistors directly in the oil pan, or also 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.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.

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, par lequel on limite 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, by which oil leakage is limited, 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 circuit de lubrification, de conception relativement simple et économique, permettant une montée rapide de la température de l'huile notamment au droit des paliers du vilebrequin. The object of the present invention is therefore to remedy the drawbacks of the prior art by proposing a lubrication circuit, of relatively simple and economical design, allowing a rapid rise in the temperature of the oil, in particular at the level of the crankshaft bearings.

Le circuit de lubrification pour moteur à combustion interne selon l'invention est plus particulièrement destiné à amener l'huile depuis une réserve d'huile jusqu'aux différentes surfaces à lubrifier du moteur. Ce circuit comprend notamment une pompe, des moyens de filtration, une rampe d'alimentation et des conduits calibrés agencés dans le carter cylindre pour amener l'huile directement aux paliers du vilebrequin. The lubrication circuit for an internal combustion engine according to the invention is more particularly intended for bringing the oil from an oil reserve to the various surfaces to be lubricated of the engine. This circuit includes in particular a pump, filtration means, a feed ramp and calibrated conduits arranged in the cylinder block to bring the oil directly to the crankshaft bearings.

Selon l'invention le circuit de lubrification est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens obturateurs d'étranglement aptes à ajuster le débit d'huile, alimentant notamment les paliers du vilebrequin, en fonction de la température. According to the invention the lubrication circuit is characterized in that it comprises throttle valve means capable of adjusting the oil flow rate, supplying in particular the bearings of the crankshaft, as a function of the temperature.

Selon une autre caractéristique du circuit de lubrification selon l'invention, les moyens obturateurs sont commandés de façon à accroître le débit d'huile alimentant les paliers avec la température. According to another characteristic of the lubrication circuit according to the invention, the shutter means are controlled so as to increase the oil flow supplying the bearings with the temperature.

Selon une autre caractéristique du circuit de lubrification selon l'invention, les moyens obturateurs n'autorisent que le passage d'une quantité limitée d'huile lors de la phase de démarrage du moteur. According to another characteristic of the lubrication circuit according to the invention, the shutter means only allow the passage of a limited quantity of oil during the engine start-up phase.

Selon une autre caractéristique du circuit de lubrification selon l'invention, pour un régime de rotation donné, le débit d'huile autorisé par les moyens obturateurs lors d'un fonctionnement du moteur à froid est inférieur au 1/3 du débit d'huile autorisé lors d'un fonctionnement à chaud. According to another characteristic of the lubrication circuit according to the invention, for a given rotation speed, the oil flow authorized by the shutter means during a cold engine operation is less than 1/3 of the oil flow allowed during hot operation.

Selon une autre caractéristique du circuit de lubrification selon l'invention, chacun des conduits calibrés est muni de moyens obturateurs d'étranglement. According to another characteristic of the lubrication circuit according to the invention, each of the calibrated conduits is provided with throttle valve means.

Selon une autre caractéristique du circuit de lubrification selon l'invention, les moyens obturateurs associés à un conduit calibré comprennent un clapet commandé par un actuateur thermosensible. According to another characteristic of the lubrication circuit according to the invention, the shutter means associated with a calibrated conduit comprise a valve controlled by a heat-sensitive actuator.

Selon un mode de réalisation du circuit de lubrification selon l'invention, le clapet est formé par un corps cylindrique logé coulissant dans un perçage correspondant intersectant le conduit calibré. According to one embodiment of the lubrication circuit according to the invention, the valve is formed by a cylindrical body housed sliding in a corresponding bore intersecting the calibrated conduit.

Selon un autre mode de réalisation du circuit de lubrification selon l'invention, l'actuateur est formé par un thermo-poussoir du type à cire. According to another embodiment of the lubrication circuit according to the invention, the actuator is formed by a wax type thermo-pusher.

Selon un autre mode de réalisation du circuit de lubrification selon l'invention, l'actuateur est formé par un ressort réalisé en matériaux à mémoire de forme. According to another embodiment of the lubrication circuit according to the invention, the actuator is formed by a spring made of shape memory materials.

Selon une autre caractéristique du circuit de lubrification selon l'invention, les moyens obturateurs comprennent des éléments de parois définissant des orifices de passage pour l'huile de lubrification, lesdits éléments de parois étant réalisés en matériaux à mémoire de forme. According to another characteristic of the lubrication circuit according to the invention, the shutter means comprise wall elements defining passage orifices for the lubricating oil, said wall elements being made of shape memory materials.

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 présentant le circuit de lubrification selon l'invention ;
la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 précisant le fonctionnement des moyens obturateurs équipant le circuit de lubrification ;
Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés.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 having the lubrication circuit according to the invention;
Figure 2 is a view similar to Figure 1 detailing the operation of the shutter means fitted to the lubrication circuit;
Only the elements necessary for understanding the invention have been shown.

Pour faciliter la lecture des dessins, on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments d'une figure à l'autre.To facilitate reading of the drawings, the same references will be used to designate the same elements from one figure to another.

La lubrification d'un moteur à combustion interne multicylindre est classiquement opérée grâce à un circuit de lubrification qui alimente en huile sous pression les différentes surfaces de frottement du moteur. Ce circuit comprend une pompe qui aspire l'huile contenue dans une réserve d'huile formée dans le carter inférieur du moteur, un filtre à huile, une rampe principale qui alimente les paliers du vilebrequin et une rampe de distribution qui permet de lubrifier notamment les paliers de l'arbre à cames et les contacts camespatins. The lubrication of a multi-cylinder internal combustion engine is conventionally carried out thanks to a lubrication circuit which supplies pressurized oil to the various friction surfaces of the engine. This circuit includes a pump which draws in the oil contained in an oil reserve formed in the lower crankcase of the engine, an oil filter, a main ramp which supplies the crankshaft bearings and a distribution ramp which makes it possible to lubricate in particular the camshaft bearings and camshaft contacts.

L'huile en provenance de la pompe d'alimentation arrive donc à la rampe principale, puis aux paliers du vilebrequin par différents conduits calibrés agencés dans le carter cylindres du moteur. The oil coming from the supply pump therefore arrives at the main rail, then at the crankshaft bearings by different calibrated conduits arranged in the cylinder block of the engine.

Le vilebrequin 2 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 conventionally comprises a succession of cylindrical bearing surfaces, trunnions and crank pins, intended to be mounted to rotate in corresponding bearings carried respectively by the cylinder block (defining the shaft line) 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.

La lubrification du palier 5 est opérée par de l'huile sous pression amenée depuis la rampe principale d'arrivée d'huile par le conduit calibré 7 qui traverse la nervure du carter cylindres 1. Un perçage 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 ; une gorge pratiquée dans le coussinet permet une bonne répartition de l'huile autour du tourillon. Un canal, non figuré, 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. The lubrication of the bearing 5 is effected by pressurized oil supplied from the main oil supply ramp by the calibrated conduit 7 which passes through the rib of the cylinder block 1. A drilling extends this nozzle through the bearing 3 and brings the oil to the operating clearance defined between the bearing 3 and the pin 4; a groove in the bearing allows good distribution of the oil around the journal. A channel, not shown, pierced through the crankshaft then connects the journal 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 conduit 7 est muni de moyens obturateurs d'étranglement destinés à faire varier le débit de l'huile en fonction de la température. In accordance with the invention, the duct 7 is provided with throttle valve means intended to vary the flow rate of the oil as a function of the temperature.

Les moyens obturateurs d'étranglement sont formés par un corps de clapet 8 cylindrique monté coulissant dans un perçage correspondant débouchant dans le conduit calibré 7. Ce corps de clapet est soumis à l'action antagoniste d'un thermo-poussoir 9 en appui respectivement contre le fond du perçage et l'extrémité axiale en regard du corps de clapet 8 et un ressort de rappel 10 en appui respectivement contre l'autre extrémité axiale du corps de clapet et un élément de fermeture 11 disposé à l'entrée dudit perçage. The throttle shutter means are formed by a cylindrical valve body 8 mounted to slide in a corresponding bore opening into the calibrated conduit 7. This valve body is subjected to the antagonistic action of a thermo-pusher 9 bearing respectively against the bottom of the bore and the axial end opposite the valve body 8 and a return spring 10 bearing respectively against the other axial end of the valve body and a closure element 11 disposed at the inlet of said bore.

Le thermo-poussoir, du type thermo-poussoir à cire, est constitué par un boîtier. Ce boîtier comporte une chambre de pression remplie de cire dans laquelle est montée coulissante une tige de piston. The thermo-pusher, of the wax thermo-pusher type, consists of a housing. This housing has a pressure chamber filled with wax in which a piston rod is slidably mounted.

Tant que la température du moteur n'atteint pas la température de déclenchement de la cire contenue dans le boîtier, confère figure la, le corps de clapet 8 est soumis à la seule pression du ressort de rappel 10, ce qui a pour effet de positionner le corps de clapet 8 au droit du conduit calibré 7 et donc d'empêcher tout passage de l'huile vers le palier excepter un débit de fuite dQ au jeu entre le corps de clapet 8 et le perçage correspondant. Ce débit de fuite est calibré en fonction des besoins en huile du palier lors du démarrage à froid du moteur. As long as the engine temperature does not reach the temperature at which the wax contained in the casing is triggered, as shown in FIG. 1a, the valve body 8 is subjected to the only pressure of the return spring 10, which has the effect of positioning the valve body 8 in line with the calibrated conduit 7 and therefore preventing any passage of the oil towards the bearing except for a leakage flow dQ at play between the valve body 8 and the corresponding bore. This leakage rate is calibrated according to the oil requirements of the bearing during the cold start of the engine.

Lorsque la température de déclenchement est atteinte, par exemple 80"C, la dilatation de la cire contenue dans les chambre de pression entraîne le déplacement de la tige de piston qui repousse alors le corps de clapet 8 contre l'action du ressort 10. Le corps de clapet 8 est alors amené hors du conduit calibré 7 ce qui libère le passage de l'huile vers le palier 5. When the triggering temperature is reached, for example 80 "C, the expansion of the wax contained in the pressure chambers causes the displacement of the piston rod which then pushes the valve body 8 against the action of the spring 10. The valve body 8 is then brought out of the calibrated conduit 7 which frees the passage of the oil towards the bearing 5.

Ainsi tant que le moteur est froid, les paliers du vilebrequin sont alimentés avec un très faible débit d'huile, largement inférieure au tiers du débit correspondant lors d'un fonctionnement à chaud. Ce qui permet d'opérer une montée extrêmement rapide de la température de l'huile présente au niveau de ces paliers, les calories produites par friction n'étant pas évacuées par un fort débit d'huile. Thus, as long as the engine is cold, the crankshaft bearings are supplied with a very low oil flow rate, much less than a third of the corresponding flow rate during hot operation. This makes it possible to operate an extremely rapid rise in the temperature of the oil present at these levels, the calories produced by friction not being evacuated by a high flow of oil.

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 remplacer le thermo poussoir 9 par tout autre actuateur thermosensible comme par exemple un ressort réalisé en matériau à mémoire de forme dont la raideur évolue avec la température. Un tel ressort ayant une plus faible raideur à froid et une plus forte raideur à chaud que le ressort de rappel 10 permet un fonctionnement du clapet parfaitement similaire à celui décrit précédemment. Thus it is possible to replace the thermo-pusher 9 by any other thermosensitive actuator such as for example a spring made of shape memory material whose stiffness changes with temperature. Such a spring having a lower stiffness when cold and a higher stiffness when hot than the return spring 10 allows the valve to operate perfectly similar to that described above.

Ainsi il est possible de remplacer le thermo poussoir 9 et le corps de clapet 8 par des éléments de parois s'étendant en saillie dans l'écoulement d'huile en définissant des orifices de passage pour cette dernière. Ces éléments de parois, par exemple portés par une douille insérée dans le conduit calibré 7, étant réalisés en matériau à mémoire de forme de sorte que la section des orifices de passage évolue avec la température. Thus it is possible to replace the thermo-pusher 9 and the valve body 8 with wall elements projecting into the oil flow by defining passage orifices for the latter. These wall elements, for example carried by a socket inserted in the calibrated conduit 7, being made of shape memory material so that the section of the passage openings changes with temperature.

Ainsi il est possible d'implanter les moyens obturateurs ailleurs que dans les conduits calibrés desservant les paliers, par exemple en amont de la rampe principale, dans ce cas un seul clapet thermo-sensible suffit. Thus it is possible to install the shutter means elsewhere than in the calibrated conduits serving the bearings, for example upstream of the main ramp, in this case a single heat-sensitive valve is sufficient.

Claims

tl] Lubrication circuit for an internal combustion engine intended to bring the oil from an oil reserve to the various surfaces (5) to be lubricated of the engine, said circuit comprising in particular a pump, filtration means, a ramp d feed arranged substantially parallel to the shaft line of the engine and of the calibrated conduits (7) arranged in the cylinder block (1) for supplying the oil directly to the hydrodynamic bearings (3) of the crankshaft, characterized in that it comprises means throttle valves (8, 9, 10) capable of adjusting the oil flow supplying said bearings (5) as a function of the temperature.

[2] Lubrication circuit according to claim 1, characterized in that said shutter means (8,9,10) are controlled so as to increase the oil flow supplying said bearings with temperature.

[3] Lubrication circuit according to any one of claims 1 to 2, characterized in that said shutter means (8,9,10) only allow the passage of a limited quantity of oil during the phase of engine start.

(4] Lubrication circuit according to claim 3, characterized in that, for a given rotation speed, the oil flow authorized by said shutter means (8,9,10) during operation of the cold engine is lower to 1/3 of the authorized oil flow during hot operation.

[5] Lubrication circuit according to any one of claims l to 4, characterized in that each of said calibrated conduits (7) is provided with throttle valve means (8,9,10).

t6] Lubrication circuit according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said shutter means (8,9,10) associated with a calibrated conduit (7) comprise a valve (8) controlled by a thermosensitive actuator (9 ).

[7] Lubrication circuit according to claim 6, characterized in that said valve is formed by a cylindrical body (8) housed sliding in a corresponding bore intersecting said calibrated conduit (7).

t8] Lubrication circuit according to any one of claims 6 to 7, characterized in that said actuator is formed by a thermo-pusher (9).

[9] Lubrication circuit according to any one of claims 6 to 7, characterized in that said actuator is formed by a spring made of shape memory material.

[10] Lubrication circuit according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said shutter means comprise wall elements defining passage orifices for the lubricating oil, said wall elements being made of memory materials of form.