FR2737254A1 - Piston engine with lubricating oil pump and sump pump, - has variable volume chamber formed below piston and within crank case, with evacuation pump connected to chamber by distributor, controlled by rotating element - Google Patents

Abstract

The piston engine is constructed around at least one piston (2), which is displaceable in a reciprocating manner, under the control of a crank shaft (3). A chamber, with a variable volume (4) is formed within the pump casing (1), with the volume limited by the piston and the pump case. A compressible fluid is drawn into the chamber, during the vacuum phase of the engine cycle and then evacuated, under pressure, during the compression phase. The variable volume chamber is linked to an evacuation pump (11) by means of a pipe (12), which leads from a distributor (13). The controlling element, within the distributor, is driven in rotation, synchronously with the crank shaft. The distributor allows the connection between the chamber and the evacuation pump, during the expansion phase of the engine cycle and/or part of the vacuum phase.

Description

"Machme à piston comportant un carter pompe et une pompe de vidange pour la récupération de l'huile de lubnficatlon"
La présente invention concerne une machine à piston comprenant un carter pompe, au moins un piston déplaçable sous la commande d'un vilebrequin et une chambre à volume variable délimitée par le carter pompe et le piston, un fluide compressible étant admis dans la chambre pendant une phase d'aspiration faisant suite à une phase de détente et étant évacué de la chambre, sous pression, pendant une phase de refoulement."Piston machme comprising a pump casing and a drain pump for the recovery of lubricating oil"
The present invention relates to a piston machine comprising a pump housing, at least one piston displaceable under the control of a crankshaft and a variable-volume chamber delimited by the pump housing and the piston, a compressible fluid being admitted into the chamber during a suction phase following an expansion phase and being evacuated from the chamber, under pressure, during a discharge phase.

La présente invention s'applique plus particulièrement aux moteurs à 4 temps à suralimentation volumétrique par carter pompe, pour lesquels le volume dans le carter pompe à la fin de la phase de refoulement doit être minimisé afin d'obtenir un rapport de pression élevé.Dans le cas particulier d'un moteur à plusieurs pistons, le carter pompe comprend autant de compartiments que de pistons. Les compartiments dont les pistons ont des mouvements déphasés doivent être isolés les uns des autres afin d'éviter le transvasement du fluide compressible entre eux. The present invention applies more particularly to 4-stroke engines with volumetric supercharging by pump housing, for which the volume in the pump housing at the end of the delivery phase must be minimized in order to obtain a high pressure ratio. in the particular case of an engine with several pistons, the pump housing comprises as many compartments as there are pistons. The compartments whose pistons have phase shifted movements must be isolated from one another in order to avoid the transfer of the compressible fluid between them.

Sur les machines à pistons actuelles du type indiqué ci-dessus, les liaisons entre les différents organes situés dans le carter pompe utilisent des roulements dont la lubrification est effectuée par de l'huile introduite par dosage dans le fluide compressible. Cette solution a toutefois l'inconvénient de compliquer les opérations de montage et d'entraîner des surcoûts de fabrication. On current piston machines of the type indicated above, the connections between the various members located in the pump housing use bearings, the lubrication of which is effected by oil introduced by metering into the compressible fluid. However, this solution has the disadvantage of complicating the mounting operations and causing additional manufacturing costs.

La présente invention se propose d'éviter ce genre d'inconvénient en permettant d'appliquer au carter pompe le principe de graissage sous pression en carter sec, tout en préservant un rapport de compression élevé. Pour ce faire, elle a pour objet une machine à piston ayant la structure indiquée ci-dessus et qui se caractérise en ce que la chambre est reliée à une pompe de vidange par une conduite pourvue d'un distributeur monté de manière à être entraîné en rotation en synchronisme avec le vilebrequin, le distributeur faisant communiquer la chambre avec la pompe pendant au moins une partie de la phase de détente et/ou au moins une partie de la phase d'aspiration. The present invention proposes to avoid this kind of drawback by making it possible to apply the principle of lubrication under pressure in a dry sump to the pump housing, while preserving a high compression ratio. To do this, it relates to a piston machine having the structure indicated above and which is characterized in that the chamber is connected to a drain pump by a pipe provided with a distributor mounted so as to be driven in rotation in synchronism with the crankshaft, the distributor communicating the chamber with the pump during at least part of the expansion phase and / or at least part of the suction phase.

Dans cette machine, une partie de l'huile de lubrification introduite dans le carter pompe est récupérée avant d'être entraînée en aval du carter pompe, ce qui constitue une première étape dans le déshuilage du fluide avant son utilisation. In this machine, part of the lubricating oil introduced into the pump casing is recovered before being entrained downstream of the pump casing, which constitutes a first step in deoiling the fluid before its use.

Par ailleurs, comme la lubrification des liaisons est assurée par le débit d'huile sous pression, les roulements sont remplacés par des paliers hydrodynamiques. Les opérations de montage peuvent par conséquent être simplifiées et les coûts de production réduits. In addition, as the lubrication of the connections is ensured by the pressurized oil flow, the bearings are replaced by hydrodynamic bearings. Assembly operations can therefore be simplified and production costs reduced.

Lorsqu'il s'agit d'un moteur à plusieurs pistons, le distributeur permet l'utilisation d'une seule pompe pour l'ensemble du carter pompe tout en assurant l'isolement entre les compartiments dont les pistons ont des mouvements déphasés. In the case of a multi-piston engine, the distributor allows the use of a single pump for the entire pump casing while ensuring isolation between the compartments whose pistons have phase-shifted movements.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la conduite débouche au niveau de la partie la plus basse de la chambre. Ainsi, aucune accumulation d'huile ne peut se former dans la chambre de ce mode de réalisation. According to a preferred embodiment of the invention, the pipe opens at the lowest part of the chamber. Thus, no accumulation of oil can form in the chamber of this embodiment.

La machine à piston conforme à l'invention peut par ailleurs comporter un faible volume de décantation situé en amont du distributeur et relié à la chambre par une prise dynamique en forme d'écope. Ce volume a pour fonction de recueillir l'huile afin d'aspirer le minimum d'air et d'améliorer l'efficacité de la machine selon l'invention. The piston machine according to the invention may also include a small settling volume located upstream of the distributor and connected to the chamber by a dynamic scoop-shaped outlet. The purpose of this volume is to collect the oil in order to draw the minimum amount of air and improve the efficiency of the machine according to the invention.

Lorsque la machine conforme à l'invention comporte plusieurs pistons délimitant plusieurs chambres à volume variable avec le carter pompe, les chambres sont de préférence reliées à la pompe de vidange par des conduites pourvues de distributeurs montés de manière à être entraînés en rotation en synchronisme avec le vilebrequin, les distributeurs pouvant être solidaires en rotation d'un arbre unique. When the machine according to the invention comprises several pistons delimiting several chambers of variable volume with the pump casing, the chambers are preferably connected to the drain pump by pipes provided with distributors mounted so as to be rotated in synchronism with the crankshaft, the distributors being able to be integral in rotation with a single shaft.

Deux modes d'exécution de la présente invention seront décrits ci-après à titre d'exemples nullement limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un moteur à un cylindre conforme à l'invention;
- la figure 2 représente les cycles de fonctionnement théorique d'un carter pompe classique dans lequel l'huile de lubrification n'est pas récupérée et d'un carter pompe conforme à l'invention ; et
- la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un moteur à quatre cylindres conforme à l'invention.Two embodiments of the present invention will be described below by way of non-limiting examples with reference to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is a schematic sectional view of a single cylinder engine according to the invention;
- Figure 2 shows the theoretical operating cycles of a conventional pump housing in which the lubricating oil is not recovered and a pump housing according to the invention; and
- Figure 3 is a schematic sectional view of a four-cylinder engine according to the invention.

Le moteur que l'on peut voir sur la figure 1 comprend d'une manière connue en soi un carter pompe 1, un piston 2 déplaçable suivant un mouvement de va-et-vient sous la commande d'un vilebrequin 3, et une chambre à volume variable 4 délimitée par le carter pompe 1 et le piston 2.  The engine that can be seen in Figure 1 comprises in a manner known per se a pump housing 1, a piston 2 movable in a reciprocating movement under the control of a crankshaft 3, and a chamber with variable volume 4 delimited by the pump casing 1 and the piston 2.

Bien que cela ne soit pas nécessaire, on précisera que le piston 2 est reliée au vilebrequin 3 par une bielle 5 et qu'il est déplaçable dans un cylindre 6 entre un point mort haut et un point mort bas. Although this is not necessary, it will be specified that the piston 2 is connected to the crankshaft 3 by a connecting rod 5 and that it is movable in a cylinder 6 between a top dead center and a bottom dead center.

Le carter pompe 1 comporte une tubulure d'aspiration 7 pourvue d'un clapet d'admission 8 et une tubulure de refoulement 9 pourvue d'un clapet d'échappement 10. The pump casing 1 comprises a suction pipe 7 provided with an intake valve 8 and a discharge pipe 9 provided with an exhaust valve 10.

Le clapet d'admission 8, qui est monté de manière à ne s'ouvrir que lorsque le piston 2 se déplace vers son point mort haut, permet à un fluide compressible de pénétrer dans la chambre 4 par la tubulure d'aspiration 7. The intake valve 8, which is mounted so as to open only when the piston 2 moves towards its top dead center, allows a compressible fluid to enter the chamber 4 through the suction pipe 7.

Quant au clapet d'échappement 10, qui est monté de manière à ne s'ouvrir que lorsque le piston 2 se déplace vers son point mort bas, il permet au fluide de sortir sous pression de la chambre 4 par la tubulure de refoulement 9. As for the exhaust valve 10, which is mounted so as to open only when the piston 2 moves towards its bottom dead center, it allows the fluid to exit under pressure from the chamber 4 through the discharge pipe 9.

Afin d'éviter que de l'huile de lubrification reste dans le fluide sous pression qui est refoulé dans la tubulure 9, la chambre 4 est reliée à une pompe de vidange 11 par une conduite 12 pourvue d'un distributeur rotatif 13. In order to prevent lubricating oil from remaining in the pressurized fluid which is discharged into the pipe 9, the chamber 4 is connected to a drain pump 11 by a line 12 provided with a rotary distributor 13.

La conduite 12 débouche au niveau de la partie la plus basse de la chambre 4 et forme un volume de décantation 14 dans sa partie située au-dessus du distributeur 13, ce volume étant relié à la chambre par une prise dynamique en forme d'écope. The pipe 12 opens at the lowest part of the chamber 4 and forms a decantation volume 14 in its part located above the distributor 13, this volume being connected to the chamber by a dynamic scoop-shaped socket. .

Des moyens non représentés sur la figure 1 sont prévus pour faire tourner le distributeur en synchronisme avec le vilebrequin 3 et lui permettre d'établir une liaison entre la chambre 4 et la pompe 11 pendant au moins une partie de la phase de détente
DA' et/ou au moins une partie de la phase d'aspiration A'B du cycle de fonctionnement théorique DA'BC du carter pompe conforme à l'invention, qui est représenté sur la figure 2.Means not shown in Figure 1 are provided to rotate the distributor in synchronism with the crankshaft 3 and allow it to establish a connection between the chamber 4 and the pump 11 during at least part of the expansion phase
DA 'and / or at least part of the suction phase A'B of the theoretical operating cycle DA'BC of the pump casing according to the invention, which is shown in FIG. 2.

Afin de préserver la pression de refoulement, il est nécessaire de caler le distributeur de telle sorte que la vidange de la chambre 4 coïncide avec les phases de détente DA' et d'aspiration A'B. Dans ce cas, la phase de détente DA' est plus courte que la phase de détente DA du cycle de fonctionnement théorique d'un carter pompe classique ne comportant pas de système de récupération d'huile alors que la phase d'aspiration A'B est plus longue que la phase d'aspiration AB du cycle de fonctionnement théorique du carter pompe classique, ce qui nécessite d'augmenter le volume de fluide compressible admis dans la chambre 4.  In order to preserve the discharge pressure, it is necessary to wedge the distributor so that the emptying of the chamber 4 coincides with the expansion phases DA 'and suction A'B. In this case, the expansion phase DA ′ is shorter than the expansion phase DA of the theoretical operating cycle of a conventional pump housing not comprising an oil recovery system while the suction phase A ′ B is longer than the suction phase AB of the theoretical operating cycle of the conventional pump housing, which requires increasing the volume of compressible fluid admitted into chamber 4.

Bien que cela soit évident pour l'homme de l'art, on précisera à toutes fins utiles que les lignes BC et CD mentionnées sur la figure 2 correspondent respectivement à la phase de compression et à la phase de refoulement des cycles de fonctionnement théorique du carter pompe classique et du carter pompe conforme à l'invention, qui sont représentés sur la figure 1. Although this is obvious to a person skilled in the art, it will be specified for all practical purposes that the lines BC and CD mentioned in FIG. 2 correspond respectively to the compression phase and to the discharge phase of the theoretical operating cycles of the conventional pump housing and pump housing according to the invention, which are shown in Figure 1.

Le moteur représenté sur la figure 3 comprend un carter pompe 15, quatre cylindres 16A, 16B, 16C, 7D renfermant respectivement quatre pistons 17A, 17B, 17C, 17D déplaçables suivant un mouvement de va-et-vient sous la commande d'un vilebrequin 18, et quatre chambres à volume variable 19A, 19B, 19C, 19D respectivement délimitées par le carter pompe 15 et les quatre pistons. The engine shown in Figure 3 includes a pump housing 15, four cylinders 16A, 16B, 16C, 7D respectively containing four pistons 17A, 17B, 17C, 17D movable in a reciprocating movement under the control of a crankshaft 18, and four variable volume chambers 19A, 19B, 19C, 19D respectively delimited by the pump housing 15 and the four pistons.

Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 3, le carter pompe comporte des tubulures d'aspiration pourvues de clapets d'admission destinés à permettre l'introduction d'un fluide compressible dans les chambres à volume variable, ainsi que des tubulures de refoulement pourvues de clapets d'échappement destinés à permettre au fluide de sortir sous pression des chambres à volume variable. Although this is not shown in FIG. 3, the pump casing includes suction pipes provided with inlet valves intended to allow the introduction of a compressible fluid into the chambers with variable volume, as well as pipes discharge fitted with exhaust valves intended to allow the fluid to exit under pressure from the variable volume chambers.

Afin d'éviter que l'huile de lubrification soit évacuée avec le fluide sous pression en aval du carter pompe 15, les chambres 19A, 19B, 19C, 19D sont reliées à une pompe de vidange 20 par des conduits 21A, 21B, 21C, 21D respectivement pourvues de distributeurs rotatifs 22A, 22B, 22C, 22D. In order to prevent the lubricating oil from being discharged with the pressurized fluid downstream of the pump housing 15, the chambers 19A, 19B, 19C, 19D are connected to a drain pump 20 by conduits 21A, 21B, 21C, 21D respectively provided with rotary distributors 22A, 22B, 22C, 22D.

Sur la figure 3, les chambres 19A et 19D sont en phase d'aspiration tandis que les distributeurs 22A et 22D les relient à la pompe 20 afin que celle-ci évacue l'huile qu'elles renferment. Par contre, les chambres 19B et 19C sont en phase de refoulement tandis que les distributeurs 22B et 22C les isolent de la pompe 20. In FIG. 3, the chambers 19A and 19D are in the suction phase while the distributors 22A and 22D connect them to the pump 20 so that the latter evacuates the oil which they contain. On the other hand, the chambers 19B and 19C are in the discharge phase while the distributors 22B and 22C isolate them from the pump 20.

On conçoit aisément que les distributeurs 22A et 22D isoleront les chambres 19A et 19D lorsque celles-ci seront en phase de refoulement et que les distributeurs 22B et 22C feront communiquer les chambres 19B et 19C avec la pompe 20 lorsque ces chambres seront en phase d'aspiration. It is easy to see that the distributors 22A and 22D will isolate the chambers 19A and 19D when these are in the delivery phase and that the distributors 22B and 22C will make the chambers 19B and 19C communicate with the pump 20 when these chambers are in the phase of aspiration.

Les quatres distributeurs sont solidaires d'un arbre unique 23 et destinés à être entraînés en rotation en synchronisme avec le vilebrequin 18. Deux pignons 24 et 25 engrenant l'un avec l'autre et calés respectivement sur l'arbre 23 et sur le vilebrequin 18 assurent ce synchronisme.  The four distributors are integral with a single shaft 23 and intended to be rotated in synchronism with the crankshaft 18. Two pinions 24 and 25 meshing with one another and wedged respectively on the shaft 23 and on the crankshaft 18 ensure this synchronism.

On notera ici que la pompe de vidange 20 est calée sur un arbre 26 portant un pignon 27 en prise avec le pignon 24 et que son refoulement est relié à un réservoir d'huile 28 pourvu d'un désaérateur 29. It will be noted here that the drain pump 20 is wedged on a shaft 26 carrying a pinion 27 in engagement with the pinion 24 and that its discharge is connected to an oil reservoir 28 provided with a deaerator 29.

On notera également que le réservoir 28 est relié à une pompe 30 éventuellement calée sur l'arbre 26 et dont le refoulement est relié au circuit de lubrification 31 du moteur ainsi qu'au circuit de lubrification 32 de la culasse 33. It will also be noted that the reservoir 28 is connected to a pump 30 possibly wedged on the shaft 26 and the discharge of which is connected to the lubrication circuit 31 of the engine as well as to the lubrication circuit 32 of the cylinder head 33.

Enfin, on précisera que les conduits 21A, 21B, 21C, 21D sont reliées à la pompe de vidange 20 par l'intermédiaire d'une conduite collectrice 34 à laquelle est relié le circuit de vidange 35 de la culasse 33. Finally, it will be specified that the conduits 21A, 21B, 21C, 21D are connected to the drain pump 20 by means of a collecting pipe 34 to which the drain circuit 35 of the cylinder head 33 is connected.

En calant judicieusement les distributeurs, on peut évacuer l'huile accumulée dans les chambres à volume variable pendant au moins une partie des phases de détente et/ou au moins une partie des phases d'aspiration. By judiciously stalling the distributors, it is possible to discharge the oil accumulated in the variable volume chambers during at least part of the expansion phases and / or at least part of the suction phases.

En outre, en ne prévoyant qu'une seule pompe de vidange et en minimisant les volumes morts entre les chambres à volume variable et la pompe de vidange, on limite les coûts de fabrication tout en améliorant le fonctionnement du carter pompe.  In addition, by providing only one drain pump and minimizing the dead volumes between the variable volume chambers and the drain pump, manufacturing costs are limited while improving the operation of the pump housing.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Machine à piston comprenant un carter pompe (1;15), au moins un piston (2;17A-17D) déplaçable sous la commande d'un vilebrequin (3;18) et une chambre à volume variable (4;19A-19D) délimitée par le carter pompe et le piston, un fluide compressible étant admis dans la chambre pendant une phase d'aspiration faisant suite à une phase de détente et étant évacué de la chambre, sous pression, pendant une phase de refoulement, caractérisée en ce que la chambre (4;19A-19D) est reliée à une pompe de vidange (11;20) par une conduite (12;21A-21D) pourvue d'un distributeur (13;22A22D) monté de manière à être entraîné en rotation en synchronisme avec le vilebrequin (3;18), le distributeur faisant communiquer la chambre avec la pompe pendant au moins une partie de la phase de détente et/ou au moins une partie de la phase d'aspiration. 1. Piston machine comprising a pump housing (1; 15), at least one piston (2; 17A-17D) displaceable under the control of a crankshaft (3; 18) and a variable volume chamber (4; 19A- 19D) delimited by the pump casing and the piston, a compressible fluid being admitted into the chamber during a suction phase following a relaxation phase and being evacuated from the chamber, under pressure, during a discharge phase, characterized in that the chamber (4; 19A-19D) is connected to a drain pump (11; 20) by a pipe (12; 21A-21D) provided with a distributor (13; 22A22D) mounted so as to be driven in rotation in synchronism with the crankshaft (3; 18), the distributor communicating the chamber with the pump during at least part of the expansion phase and / or at least part of the suction phase. 2. Machine à piston selon la revendication 1, caractérisée en ce que la conduite (12;21A-21D) débouche au niveau de la partie la plus basse de la chambre (4;19A19D). 2. Piston machine according to claim 1, characterized in that the pipe (12; 21A-21D) opens at the lowest part of the chamber (4; 19A19D). 3. Machine à piston selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte un volume de décantation (14) entre la chambre (4) et le distributeur (13). 3. Piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a settling volume (14) between the chamber (4) and the distributor (13). 4. Machine à piston selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant plusieurs pistons (17A-17D) délimitant plusieurs chambres à volume variable (19A19D) avec le carter pompe (15), caractérisée en ce que les chambres sont reliées à la pompe de vidange (20) par des conduites (21A-21D) pourvues de distributeurs (22A22D) montés de manière à être entraînés en rotation en synchronisme avec le vilebrequin (18), les distributeurs étant solidaires en rotation d'un arbre unique (23).  4. Piston machine according to any one of claims 1 to 3, comprising several pistons (17A-17D) delimiting several variable volume chambers (19A19D) with the pump casing (15), characterized in that the chambers are connected to the drain pump (20) by lines (21A-21D) provided with distributors (22A22D) mounted so as to be rotated in synchronism with the crankshaft (18), the distributors being integral in rotation with a single shaft ( 23).