FR2815669A1 - Bloc regulateur de pression et pompe a huile pour un circuit d'huile de lubrification d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Il est proposé un bloc régulateur de pression et une pompe équipée d'un tel bloc régulateur de pression pour un moteur à combustion, un dispositif de pilotage par lequel la pression dans le circuit de lubrification est réglable, en particulier pour limitation, le dispositif de pilotage étant actionné à la fois par une force hydraulique dépendant d'une part de la pression du circuit d'huile, et par la force d'un ressort mécanique. Selon l'invention, on associe avec le ressort mécanique du bloc régulateur de pression, un dispositif de réglage autonome pour réguler la force du ressort en fonction de la température de l'huile. L'invention s'applique aux véhicules automobiles, en particulier aux voitures.

Description

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L'invention concerne un bloc régulateur de pression pour un circuit d'huile de moteur à combustion interne, en particulier avec circuit de lubrification à pression fermé, avec un élément de pilotage par lequel la pression dans le circuit d'huile peut être réglée, en particulier limitée, o l'élément de pilotage est actionné par, d'un côté une force hydraulique dépendant de la pression du circuit d'huile, et, de l'autre côté, la force d'un ressort mécanique. L'invention concerne également une pompe d'alimentation en huile, en particulier pompe à palettes, engrenages, à pistons radiale ou axiale,

munie d'un tel bloc régulateur de pression.

L'invention concerne encore un moteur à combustion interne pour véhicule automobile possédant au moins un circuit d'huile et muni d'un

bloc régulateur de pression du type précité.

Les moteurs modernes à combustion interne possèdent au moins un circuit de lubrification, c'est-à-dire un circuit d'huile dans lequel une pompe d'alimentation injecte l'huile prise dans un réservoir dans une canalisation collectrice de laquelle partent de nombreux conduits qui conduisent l'huile aux différents paliers du moteur thermique. La pompe d'alimentation en huile fournit donc un flot qui donne certaines caractéristiques de pression et de débit dans ces conduits, les caractéristiques réelles étant en outre dépendantes également de la température et du besoin en huile du moteur. La capacité d'alimentation de la pompe à huile est en général déterminée par le besoin le plus élevé et un clapet de surpression limite la pression à des valeurs admissibles en ouvrant par exemple par un drain de retour entre la pompe et le réservoir. Des clapets semblables de surpression et de dérivation sont également prévus sur les filtres des circuits principal et secondaires, filtres qui débarrassent l'huile en

circulation de ses corps étrangers.

Désavantageusement, ces clapets de surpression présentent des caractéristiques de régulation et de pilotage invariables, non réglables, et ne permettent donc aucune adaptation aux conditions variables du fonctionnement.

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Dans le brevet DT 1 728 245 C1 est déjà décrite une pompe à huile pour un brûleur d'huile avec un dispositif régulateur de pression disposé en aval. La pompe à huile aspire l'huile d'un réservoir et le conduit par un canal sous pression à une valve de régulation de pression, et ensuite à un gicleur. La valve de régulation de pression a pour rôle de fermer complètement le conduit à l'état de repos, et en fonctionnement en cas de très forte pression de dévier l'huile par un drain de retour vers l'aspiration de la pompe. La valve de régulation de pression contient un ressort dont la précontrainte et par conséquent la force est réglable par une vis de réglage actionnée manuellement. De plus l'état d'ouverture de la valve de régulation de pression est pilotée par un débit de fuite de la pompe

dépendant des conditions de fonctionnement de cette dernière.

L'objectif de l'invention est donc de mettre à disposition un bloc régulateur de pression d'une nature comme décrit ci-dessus, dont la caractéristique de réglage s'adapte automatiquement aux variations de fonctionnement du moteur. Un autre objectif de l'invention est de concevoir une pompe d'alimentation en huile présentant une régulation auto-correctrice, ainsi qu'un moteur à combustion interne pouvant également s'autoréguler de

façon analogue.

Cet objectif est atteint par un bloc régulateur de pression du type précité qui se caractérise en ce que le ressort mécanique est équipé d'un dispositif de réglage autonome pour adapter la force du ressort à la

température de l'huile.

Cet autre objectif est atteint par une pompe d'alimentation en huile du type précité qui se caractérise en ce que le débit ou la pression d'alimentation de la pompe est régulé de façon autonome par un bloc régulateur de

pression selon l'invention.

Cet autre objectif est également atteint par un moteur à combustion interne du type précité qui se caractérise en ce qu'une pompe d'alimentation en huile selon l'invention et/ou un bloc régulateur de

pression selon l'invention est installée dans le circuit de lubrification.

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Le bloc régulateur correspondant à l'invention se caractérise par un ressort mécanique doté d'un dispositif de réglage autonome dépendant de la température de l'huile. La force réelle du ressort et par-là la pression d'ouverture du clapet du bloc régulateur de pression dépend à la fois de la pré tension effective du ressort et de la course du ressort mécanique ainsi que de l'état du dispositif de réglage, o l'état du dispositif de réglage doit dépendre de nouveau essentiellement de la température de l'huile en circulation soit dans le bloc de régulation, soit dans la pompe

d'alimentation, soit dans le circuit. Le dispositif de réglage doit être lui-

même sensible à la température et s'auto-piloter, et/ou être couplé directement ou indirectement à un capteur de température (et par conséquent à un dispositif d'entraînement et de pilotage). Par quoi il est rendu possible que la caractéristique de régulation voire de pilotage du bloc régulateur de pression se modifie automatiquement ou se laisse

modifier automatiquement lors d'une variation de la température de l'huile.

Si une modification de la quantité d'huile nécessaire au moteur à combustion interne résultant d'un changement de la température de l'huile apparaît ou à l'inverse la température de l'huile varie à cause de la variation de la demande en huile du moteur à combustion interne, le bloc régulateur de pression d'huile objet de l'invention réagit aussi sur un changement de la quantité requise d'huile. On comprendra donc aisément qu'il est envisageable de substituer le moteur à combustion interne par un

autre " consommateur d'huile " à fonctionnement similaire.

Dans la réalisation de l'invention, de préférence, le dispositif de réglage

réalise le réglage de la force du ressort par la modification de la pré-

tension de ce ressort et/ou par la modification de la courbe caractéristique ou courbe d'élasticité de ce ressort. Un tel dispositif de réglage intervient sur le comportement du ressort. Il peut soit être intégré au ressort par exemple si le ressort est lui-même réactif à la température, soit agir de I'extérieur du ressort et/ou de son logement, si par exemple cela permet

de diminuer le logement du ressort.

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Dans une autre réalisation de l'invention le dispositif de réglage est conçu comme un élément séparé relié fonctionnellement en série avec le ressort mécanique. Il en résulte une particulièrement grande flexibilité pour la conception du dispositif de réglage et en simultané une réalisation plus simple et moins coûteuse du bloc régulateur de pression. Dans une autre réalisation de l'invention, le dispositif de réglage est conçu comme un élément réalisé en un matériau dilatable ou comme élément bilame. Il en résulte une simplicité particulière de conception et une fonction de réglage fiable et indépendante. Dans ce sens la réalisation du dispositif de réglage avec un élément nommé "c capsule de cire " est particulièrement avantageuse; elle présente une course de réglage

élevée et une grande force d'action.

Dans une autre réalisation de l'invention le dispositif de réglage comporte un piston guidé dans un cylindre, dont la position est réglable et déterminée en fonction de la température de l'huile de façon soit hydraulique soit pneumatique. Un tel ensemble piston/cylindre est de préférence relié à un ensemble fournissant une pression hydraulique ou pneumatique et à un capteur de température, grâce à quoi l'unité de fourniture de pression et le capteur de température peuvent en même

temps fonctionner comme élément d'autres équipements.

Dans une autre réalisation de l'invention l'élément de pilotage régule la pression dans le circuit d'huile en modifiant la surface d'ouverture d'alimentation d'un passage d'huile. Ainsi le bloc de réglage agit soit dans la conduite principale du circuit d'huile soit dans une conduite de dérivation ou by-pass par laquelle de l'huile peut être reconduite vers le

côté aspiration de la pompe comme élément de réduction variable.

Dans une autre réalisation de l'invention l'élément de pilotage régule la pression dans le circuit d'huile en modifiant les paramètres d'alimentation d'une pompe du circuit d'huile, en particulier en modifiant le débit et/ou la pression fournis par la pompe. Une telle régulation est favorable économiquement, car la capacité d'alimentation de la pompe s'adaptera

au besoin en huile et cela évitera des pertes.

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La pompe d'alimentation en huile correspondant à l'invention se caractérise en ce que la pression et/ou le débit d'alimentation est réglable de façon indépendante grâce à un bloc régulateur selon l'invention. Une telle disposition peut être actionnée en modifiant la puissance hydraulique de la pompe en vue d'éviter les pertes à l'alimentation. Comme alternative ou complément on peut assurer un retour en bouclage limité du côté pression avec le côté aspiration de la pompe. La pompe d'alimentation adapte ainsi l'alimentation en débit et/ou pression d'huile à la température de l'huile fournie; il en résulte une alimentation optimale par la pompe au

moteur à combustion interne pour sa condition de fonctionnement.

Le moteur à combustion interne correspondant à l'invention se distingue en ce qu'il est équipé dans son circuit d'huile d'une pompe d'alimentation en huile selon la l'invention et/ou d'un bloc régulateur de pression selon l'invention. On garantit ainsi l'adaptation de la circulation d'huile à travers le moteur à toute condition d'utilisation. Par exemple, on peut réduire l'alimentation en huile lorsque le moteur est froid (démarrage à froid, limitation de pression) et on peut augmenter (pleine charge, long temps de

marche, utilisation en été) lorsque le moteur est chaud.

La description et les dessins montrent d'autres caractéristiques et

combinaisons de caractéristiques. Des exemples concrets d'exécution de l'invention figurent sous forme simplifiée sur les dessins et sont expliqués plus précisément ci dessous. Ils montrent: Fig. 1 une représentation schématique du circuit de lubrification d'un moteur à combustion interne de voiture avec un bloc régulateur de pression correspondant à l'invention, Fig. 2 une pompe d'alimentation en huile selon l'invention avec un bloc régulateur de pression et Fig. 3 un diagramme représentant les quantités en huile de la pompe et du moteur pour un moteur à combustion interne

correspondant à l'invention.

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La figure 1 montre schématiquement un circuit de lubrification d'un moteur à combustion interne (6) avec circuit de lubrifiant sous pression. Une pompe d'alimentation en huile (5) alimente le lubrifiant depuis un réservoir (7); ce réservoir (7) peut être installé comme réservoir ou comme bac de récupération de l'huile. L'huile arrive du réservoir par un conduit d'aspiration (8) au côté aspirant (5a) de la pompe et est refoulée côté pression (5b) sous pression dans le conduit principal (9) du moteur à combustion interne (6). A l'intérieur du moteur elle est répartie et elle

revient dans le réservoir (7) par la canalisation ou drain de retour (10).

La pompe d'alimentation en huile (5) est équipée d'un by-pass (ou dérivation) (11) par lequel la quantité d'huile en excès par rapport au

besoin du moteur peut être ramenée à l'aspiration de la pompe. Le by-

pass (11) comprend essentiellement une première conduite de dérivation (11la) côté pression et une seconde conduite de dérivation côté aspiration

(l1 b) ainsi qu'un bloc régulateur autonome (1), qui ouvre et ferme le by-

pass en fonction des conditions de pression et de température de l'huile.

Le bloc régulateur de pression (1) comprend un piston (2) guidé dans un carter cylindrique (12) par une pièce dotée de fentes (2a). Un premier côté de la tête du piston (2b) est assujetti par une connexion (13) à la pression d'huile maximale du circuit d'huile, connexion qui, au moyen d'un conduit de réglage (14), est reliée, de façon permanente, avec le côté pression (5b) de la pompe. Le second côté, opposé, du piston reçoit la pression d'un ressort hélicoïdal (4) avec une pré tension mécanique. Si la pression de l'huile est inférieure ou égale à la valeur normale, la force du ressort (4) I'emporte, le piston (2) est déplacé vers sa position première, dans laquelle la pièce fendue (2a) est en appui sur un couvercle (15). Dans cette position du piston (2) le bloc régulateur de pression ferme le by-pass (11), c'est à dire que le passage de l'huile entre les conduits (l1 a) et (11 b) est fermé. Si la pression augmente il s'établit sur la tête du piston (2b) un équilibre entre la pression de l'huile d'une part, la contre-pression du ressort d'autre part, qui déplace le piston depuis sa position première (voir fig.1)

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Si la pression de l'huile monte au delà de la valeur désirée, le piston se déplace jusqu'à ce qu'il permette la communication entre les orifices (16, 17) et par conséquent entre les conduits (l11a, 11b). Dans ce cas il s'établit un courant d'huile de la sortie côté pression vers l'aspiration de la pompe (5) qui s'accompagne d'une baisse de pression dans le conduit

d'alimentation principal (9).

Un dispositif de réglage (3) sous forme d'un élément en matériau dilatable, en particulier celui dénommé capsule de cire, est associé au ressort hélicoïdal (4). Le dispositif de réglage (3) se dilate lors de l'augmentation de la température en produisant une grande force, c'est à dire supérieure à celle du ressort, et augmente sa longueur. Le dispositif de réglage est couplé en série avec le ressort dans le boîtier (12) si bien que l'augmentation de la longueur du dispositif de réglage entraîne un raccourcissement du logement du ressort hélicoïdal (4). La température du dispositif de réglage a une très forte corrélation avec la température de l'huile, car le boîtier (12) assure une bonne conduction thermique entre la partie soumise au débit d'huile et le dispositif de réglage (13). Un exemple modifié de réalisation du bloc régulateur de pression présente une partie du conduit (11 a) et/ou du conduit principal d'alimentation (9) qui s'étend dans une proximité immédiate du dispositif de réglage (3) afin d'assurer un meilleur échange thermique entre l'huile et le dispositif de réglage. Un autre exemple modifié de réalisation du bloc régulateur de pression présente un élément dilatable sous forme d'un élément bilame ou d'un élément à mémoire. Un tel élément bilame change de forme par la dilatation différente de deux parties métalliques différentes liées entre elles, alors qu'un élément à mémoire est fait d'un alliage à mémoire dont la structure de la matière se modifie à un certain seuil de température. Par là l'effet inverse - réduction de la dilatation du dispositif de réglage par

l'élévation de la température - serait également concevable.

La disposition du dispositif de réglage (3) permet de modifier la pré-

tension du ressort hélicoïdal (4). Comme le dispositif de réglage (3) se dilate automatiquement lors d'une élévation de température, la force du

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ressort est changée automatiquement par un allongement déterminé. Un exemple modifié de réalisation présente le ressort en plusieurs parties (par exemple un paquet de ressorts), ce dispositif de réglage mettant une partie du ressort en position, actif " ou " passif " et de cette façon modifiant l'ensemble de la courbe caractéristique globale du paquet de ressorts. Un autre exemple modifié de réalisation présente un dispositif de réglage constitué d'un piston logé dans un cylindre. Le piston est déplaçable hydrauliquement ou pneumatiquement, un bloc pilote ou actionneur avec un capteur de température étant prévu, qui pourra être

utilisé pour d'autres appareils hydrauliques ou pneumatiques du véhicule.

La caractéristique d'ouverture du bloc régulateur de pression (1) est adaptée à la température du lubrifiant circulant dans le circuit d'huile. Cela induit la possibilité de régler la pré-tension du ressort à une valeur moindre et par conséquent la pression d'ouverture du by-pass plus bas lorsque l'huile est froide (et donc le moteur froid). Après l'échauffement de l'huile la pré-tension du ressort (14) sera augmentée par la dilatation de l'élément dilatable, et augmentera de façon correspondante la pression d'ouverture du bloc régulateur de pression. On peut ainsi garantir que la pression maximale du lubrifiant d'un moteur froid n'est pas plus forte que

pour le moteur chaud.

La fig. 2 représente une coupe schématique d'un exemple de réalisation d'une pompe d'alimentation d'huile (20) pour le circuit de lubrification d'un moteur à combustion interne pour véhicule. La pompe (20) est une pompe à palettes et comprend un boîtier fixe (21) avec un premier axe (22) , qui porte un boîtier cylindrique oscillant (26), et avec un deuxième axe (23) qui porte en rotation un rotor (24). Le rotor (24) porte des palettes (25) qui se déplacent radialement et qui frottent sur le diamètre intérieur du boîtier cylindrique. Le boîtier cylindrique (26) est monté pendulaire si bien que le rotor (24) peut prendre une position excentrée à l'intérieur du boîtier cylindrique. (voir fig. 2). Cela crée un côté refoulement (27) et un côté aspiration (28) pour l'alimentation de l'huile, lorsque le rotor (24) de la fig. 2 tourne dans le sens horaire. Les conduites d'aspiration et d'évacuation

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ainsi que leurs raccords ne sont pas représentés sur la fig. 2 et sont

disposés verticalement au plan de cette figure.

Un bloc régulateur de pression (31) équipe la pompe et comprend essentiellement un dispositif de pilotage (32) tel qu'un piston hydraulique, un ressort (34) et un dispositif de réglage (33). Le piston hydraulique est guidé dans un logement cylindrique du boîtier (35); la chambre (30b) délimitée par le logement cylindrique (35), le piston (32) et la plaque de fermeture (36) est reliée par un conduit de pilotage (30a) au côté refoulement (27) de la pompe. La pression issue du refoulement de la pompe (20) s'établit donc dans la chambre (30b) et sur la première face du piston hydraulique (32), face qui est tournée vers la plaque de fermeture (36). Le piston hydraulique (32) maintient avec le ressort (34) un bras actionneur (29) du boîtier cylindrique (26); ce bras actionneur (29) transmet la force du ressort sur le piston et la force du piston sur le

ressort.

La force du piston hydraulique dépend de la pression de l'huile du côté refoulement (27) de la pompe (20), et la force du ressort dépend de son allongement; par conséquent la position de l'ensemble " piston hydraulique - ressort " varie si la pression d'huile varie. Donc le boîtier cylindrique (26) subit un basculement, et cela entraîne une variation du volume de l'alimentation ainsi que de la puissance d'alimentation. Le bloc régulateur de pression (31) pilote ainsi la puissance d'alimentation de la pompe en fonction de la pression d'huile. Cela permet de réaliser une

limitation de la pression de l'huile.

Le dispositif de réglage (33) est conçu comme un élément se dilatant relié en série avec le ressort (34). Il est donc capable de changer l'allongement

du ressort en modifiant sa propre longueur.

La modification de la longueur du dispositif de réglage se fait en fonction de la température. La température du dispositif de réglage (33) dépend principalement de la température de l'huile d'alimentation grâce à une disposition adaptée des conduits. Un exemple modifié de réalisation présente un dispositif de réglage installé de telle façon que sa température

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est aussi une fonction de la température du liquide de refroidissement du moteur. La fig. 3 explique le fonctionnement du dispositif de réglage (33) . Les courbes (A) et (B) représentent le besoin en huile de lubrification du moteur de véhicule à combustion interne en fonction de la pression (p) de l'huile en sortie de pompe et en fonction du débit (yV) d'huile d'alimentation, dans le cas d'une température d'huile basse (courbe de besoin en huile A) et dans le cas d'une température d'huile élevée (courbe de besoin en huile B). On prend une valeur déterminée (S) pour la pression de l'huile dans le circuit d'huile du moteur à combustion interne, qui reste essentiellement constante, par exemple parce que les joints dans le moteur ne sont conçus que pour cette pression limite. A cause de la variation en cours de fonctionnement du besoin en huile du moteur thermique, la quantité nécessaire d'huile pour le moteur varie entre les

points (VA) et (V/B).

La courbe caractéristique (F1) correspond à la courbe de débit d'une pompe courante avec un bloc régulateur de pression (31) sans le dispositif de réglage (33). Dans l'état actuel de la technique des pompes et les régulateurs de pressions elle n'est pas modifiable. Si la température de I'huile est basse une telle pompe alimente le circuit avec une puissance plus grande que nécessaire (point de fonctionnement (Vc). La pompe (20) correspondant à l'invention a une courbe caractéristique réglable de façon continue par le moyen du dispositif de réglage (33) entre les courbes (F1) et F2), en modifiant la pré-tension du ressort par l'action du dispositif de réglage (33). Cela permet d'adapter constamment de façon très précise la puissance de la pompe (20) au besoin du moteur,, qui est en corrélation essentiellement avec la température de l'huile. Il s'en suit que l'alimentation en huile s'adapte automatiquement entre les point (VA)

et (V B).

il 2815669 Il en résulte une économie d'énergie de la pompe à huile particulièrement lorsque l'huile et le moteur sont froids parce que le point de fonctionnement de la pompe ne doit plus être réglé pratiquement à sa capacité maximale (point de fonctionnement V B), mais être adapté de façon variable aux modifications de la température est du besoin en huile.

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Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Bloc régulateur de pression (1, 31) pour un circuit d'huile d'un moteur à combustion interne en particulier avec circuit de lubrification à pression fermé, avec * un élément de pilotage (2, 32), par lequel la pression dans le circuit d'huile peut-être réglée, en particulier limitée, o l'élément de pilotage est actionné par * d'un côté une force hydraulique dépendant de la pression du circuit d'huile, et * de l'autre côté la force d'un ressort mécanique (4, 34), caractérisé en ce que le ressort mécanique (4, 34) est équipé d'un dispositif de réglage autonome (3, 33) pour adapter la force du ressort à la

température de l'huile.

2. Bloc régulateur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de réglage (3, 33) réalise le réglage de la force du ressort par une modification de la pré-tension du ressort et/ou une

variation de la courbe d'élasticité du ressort.

3. Bloc régulateur de pression selon les revendications 1 et 2, caractérisé

en ce que le dispositif de réglage (3, 33) est conçu comme un élément séparé et disposé fonctionnellement en série avec le ressort

mécanique (4, 34).

4. Bloc régulateur de pression selon l'une des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que le dispositif de réglage (3, 33) est conçu comme un élément dilatable, en particulier une capsule de cire, ou comme un

élément bilame.

5. Bloc régulateur de pression selon les revendications 1 à 4, caractérisé

en ce que le dispositif de réglage (3, 33) comporte un piston guidé

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dans un cylindre, dont la position est réglable en fonction de la

température de l'huile par action hydraulique ou pneumatique.

6. Bloc régulateur de pression selon les revendications 1 à 5, caractérisé

en ce que l'élément de pilotage (2) régule la pression dans le circuit

d'huile en modifiant la surface de l'ouverture d'un passage d'huile.

7. Bloc régulateur de pression selon les revendications 1 à 6, caractérisé

en ce que l'élément de pilotage (32) régule la pression dans le circuit d'huile en modifiant les paramètres d'alimentation d'une pompe (20) située dans le circuit d'huile, en particulier le débit et/ou la pression

fournis par la pompe.

8. Pompe d'alimentation en huile pour un circuit d'huile, en particulier pompe à palettes, engrenages, à pistons radiale ou axiale, caractérisée en ce que le débit ou la pression d'alimentation de la pompe (20) est régulé de façon autonome par un bloc régulateur de

pression (31) selon l'une des revendications 1 à 7.

9. Moteur à combustion interne pour véhicule automobile possédant au moins un circuit d'huile, caractérisé en ce qu'une pompe d'alimentation en huile selon la revendication 8 et/ou un bloc régulateur de pression

selon les revendications 1 à 7 est installée dans le circuit de

lubrification (7, 8, 9, 10, 11).