Procédé de protection par aiout ponctuel d'un additif, et machine mécanique ainsi protégée

L'invention concerne un procédé de protection du fonctionnement d'une machine mécanique ainsi qu'une machine mécanique comprenant un système d'injection d'un additif de protection.

L'invention s'applique notamment à un système de transmission de la force motrice d'un véhicule automobile, tel qu'une boîte de vitesses, l'additif de protection étant alors typiquement un lubrifiant ou un additif pour lubrifiant.

En particulier, la durée de vie d'une telle machine dépend directement de la qualité et de la quantité de lubrifiant présent. Or, en fonction du temps et des conditions de fonctionnement, la qualité du lubrifiant se dégrade (oxydation, acidification, baisse de la quantité d'additifs spécifiques, ...) et la quantité a tendance à se réduire.

Pour fiabiliser le fonctionnement d'un système de transmission, il est connu de prévoir une re-lubrification qui est réalisée soit périodiquement, par exemple en vidangeant le système, soit de façon continue en utilisant un dispositif d'alimentation en lubrifiant. Dans ce dernier cas, les dispositifs connus sont à débit constant, lent et régulier, à durée de vie limitée du fait de l'utilisation de piles, et présentent un volume important qui interdit leur utilisation lorsque les contraintes d'encombrement sont importantes.

En outre, ces réalisations ne permettent pas de répondre à des états ponctuels de fonctionnement critique qui sont potentiellement endommageants pour la machine, telle qu'une surcharge, une survitesse, une sur ou une sous température et/ou d'autres conditions de fonctionnement extrêmes.

Pour tenter de limiter les conséquences néfastes de ces états critiques, on est alors obligé de « surdimensionner » la quantité et la qualité de lubrifiant par rapport à celles qui sont nécessaires pour fiabiliser le fonctionnement de la machine dans les conditions standard d'utilisation. Cette solution n'est toutefois

optimale ni d'un point de vue technique puisque tous les états critiques ne peuvent être pris en compte, ni d'un point de vue économique.

Par ailleurs, on connaît du document FR-A1-2 857 693 un dispositif de lubrification complémentaire et de sécurité qui prévoit de stocker sous pression une quantité d'huile de sorte à pouvoir assurer ladite lubrification au moyen d'une tuyauterie de liaison. Cette réalisation est d'une mise en œuvre complexe et nécessite un circuit de lubrification additionnelle qui est spécifique et volumineux, ce qui n'est pas compatible avec les contraintes industrielles en vigueur notamment dans le domaine automobile.

L'invention vise notamment à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus en proposant un procédé de protection du fonctionnement d'une machine mécanique qui allie la simplicité de mise en œuvre et la fiabilisation dudit fonctionnement dans des états critiques par ajout d'une quantité déterminée d'au moins un additif.

à cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de protection du fonctionnement d'une machine mécanique par ajout ponctuel d'une quantité déterminée d'au moins un additif à l'intérieur de ladite machine, ledit procédé prévoyant :

- d'utiliser un système d'injection d'additif qui comprend un réservoir contenant la quantité déterminée d'additif et un générateur de gaz pour l'expulsion de l'additif depuis le réservoir dans la machine ; - d'actionner le générateur de gaz en cas de fonctionnement de la machine dans au moins un état critique.

Selon un deuxième aspect, l'invention propose une machine mécanique comprenant un carter dans lequel des organes de transmission de puissance sont disposés en mouvement, et au moins un système d'injection d'additif qui comprend un réservoir solidaire du carter, ledit réservoir contenant une quantité déterminée d'un additif de protection du fonctionnement de ladite machine, ledit système comprenant en outre un générateur de gaz pour l'expulsion de l'additif depuis le réservoir dans le carter, et un dispositif d'actionnement du générateur

de gaz qui est agencé pour actionner ledit générateur en cas de fonctionnement de la machine dans au moins un état critique de sorte, par ajout de la quantité déterminée d'additif, à protéger le fonctionnement de la machine.

D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est une représentation schématique en coupe d'une boîte de vitesses d'un véhicule automobile sur le carter de laquelle trois systèmes d'injection d'additif sont solidarisés.

On décrit ci-dessous un mode de réalisation de l'invention en relation avec une boîte de vitesses 1 de véhicule automobile, toutefois l'invention s'applique à d'autres types de machines mécaniques, notamment formant système de transmission d'une force motrice, ainsi qu'à des machines motrices comme des moteurs électriques ou thermiques. Par ailleurs, la description est faite en relation avec un additif de type lubrifiant ou additif pour lubrifiant sans que l'invention ne soit limitée à ces réalisations puisque, en fonction des besoins, on peut prévoir d'injecter un autre type d'additif de protection.

Dans les machines mécaniques, il est prévu des organes de transmission de puissance qui sont montés en mouvement dans un carter 3 en particulier au moyen de roulements, le tout étant lubrifié par exemple avec de l'huile introduite dans ledit carter.

En fonction de la machine, du type de roulement et de l'application considérée, les conditions de lubrification peuvent être déterminées, notamment en ce qui concerne la quantité, la qualité et la fréquence de relubrification. Ces conditions de lubrification permettent de répondre à un cahier des charges correspondant à une utilisation standard, éventuellement en prévoyant quelques cas de fonctionnement exceptionnel.

Selon le premier aspect, l'invention prévoit de protéger le fonctionnement de la machine mécanique dans des états ponctuels de fonctionnement critique qui sont potentiellement endommageants pour ladite machine, en particulier dans

des situations d'urgence de type « faible lubrification » ou « lubrification défaillante ».

Ainsi, il est possible de limiter la quantité de lubrifiant et sa qualité à celles nécessaires pour un fonctionnement standard, tout en assurant une protection en cas de fonctionnement dans des conditions exceptionnelles ou ponctuelles. En outre, il est alors possible d'envisager une durée de vie plus importante pour le lubrifiant, et donc un espacement plus important entre les vidanges. L'invention permet donc de répondre à l'évolution technique des véhicules automobiles (puissance et couple moteur, aérodynamique véhicule, augmentation des périodes de garantie et d'entretien, ...), tout en remplissant les contraintes légales (réductions des polluants, contraintes de recyclage, ...). L'invention peut également être mise en oeuvre en combinaison avec un système d'alimentation en continu d'un additif, tel que ceux connus de l'art antérieur.

Selon des réalisations, les états de fonctionnement considérés sont choisis dans le groupe comprenant la température, la vitesse de rotation, la pression, le couple, la composition ou la quantité du lubrifiant présent à l'intérieur de la machine, la vibration, le temps, la distance parcourue dans le cas d'une machine motrice. Ainsi, la protection de la machine peut être réalisée notamment en cas de surcharge, de survitesse, de sur ou sous température, de temps aux frontières du cahier des charges, de coupure d'alimentation d'huile, de sur vibration, de sur humidité, de sur pollution.

Le procédé de protection prévoit d'ajouter ponctuellement une quantité déterminée d'au moins un additif de protection qui est adapté à l'état critique considéré. En particulier, en cas de faible lubrification, l'ajout de lubrifiant permet de fiabiliser le fonctionnement, et dans le cas d'une lubrification défaillante, il existe des additifs pour lubrifiant qui permettent de réajuster la lubrification aux conditions d'utilisation.

Cet ajout est réalisé au moyen d'un système d'injection d'additif G1- G3 qui comprend un réservoir contenant la quantité déterminée d'additif et un

générateur de gaz pour l'expulsion de l'additif depuis le réservoir dans la machine. Le procédé selon l'invention prévoit d'actionner le générateur de gaz en cas de fonctionnement de la machine dans au moins un état critique.

Selon une réalisation, l'actionnement du générateur de gaz peut être signifié en temps réel, par exemple au moyen de l'allumage d'un voyant d'avertissement du conducteur et/ou par émission d'un signal d'information à un calculateur de gestion dynamique du véhicule. En outre, la signification peut être réalisée en temps masqué du fonctionnement de la machine, de sorte notamment à prévenir le garagiste de la nécessité de remplacer un système d'injection usagé lors de la révision périodique du véhicule.

Selon l'invention, on peut également prévoir plusieurs systèmes d'injection d'un additif identique ou différent, lesdits systèmes étant actionnés en cas de fonctionnement de la machine dans au moins un état critique. Cette réalisation permet de fiabiliser le fonctionnement de la machine en cas de survenance de plusieurs fois le même état critique (éventuellement en actionnant les systèmes d'injection de façon automatique dans le temps) ou de plusieurs états critiques qui nécessitent un additif de nature différente.

En effet, à chaque fonctionnement de la machine dans au moins un état critique, on peut actionner le système d'injection de l'additif de protection qui est adapté. En outre, plusieurs dispositifs d'injection peuvent être actionnés simultanément ou séquentiellement en cas de fonctionnement de la machine dans au moins un état critique.

On peut également prévoir de combiner différents états de sorte à actionner le système d'injection dans le cas où plusieurs seuils critiques sont atteints simultanément ou selon une séquence déterminée.

Selon un premier mode de réalisation, l'actionnement est provoqué par la survenance de l'état critique. Dans le cas où l'état de fonctionnement considéré est la température, on peut prévoir que le réservoir contienne un additif haute température et que l'actionnement du générateur de gaz soit activé

automatiquement au-dessus d'une température critique par un dispositif de commande intégré au système d'injection.

Selon un deuxième mode de réalisation, l'état de fonctionnement est déterminé, par exemple par calcul ou par estimation, puis comparé à un seuil critique, de sorte à déclencher l'action nement du générateur de gaz en cas de dépassement dudit seuil critique. En variante, on peut prévoir, préalablement à l'actionnement du générateur de gaz, une temporisation et/ou une vérification du dépassement du seuil critique de sorte à fiabiliser ledit actionnement en vérifiant que le risque d'endommagement de la machine est fort.

Sur la figure 1 est schématisée une boîte de vitesses 1 de structure classique dans laquelle des arbres 6 pourvus de pignons 7 sont montés en rotation dans un carter 3 au moyen de roulements 8. Le carter 3 est pourvu de trois orifices dans chacun desquels est monté de façon étanche un système d'injection d'additif G1-G3 de sorte que le réservoir dudit système puisse être mis en communication avec l'intérieur du carter 3 dans lequel le lubrifiant est prévu.

Ce mode de réalisation est donné à titre descriptif, un nombre différent de systèmes d'injection, de structure identique ou différente, pouvant être prévu sur la boîte de vitesses 1 en fonction notamment du nombre et de la nature des états de fonctionnement critique contre lesquels on veut protéger la boîte.

Chaque réservoir contient une quantité déterminée d'un additif de protection du fonctionnement de la boîte 1 , ledit additif pouvant être identique ou différent. Par exemple on peut prévoir dans respectivement un réservoir : un lubrifiant

(premier système d'injection G1), un additif haute vitesse de rotation (deuxième système d'injection G2) et un additif haute température (troisième système d'injection G3). La quantité d'additif varie en fonction de l'utilisation considérée, mais peut être typiquement de l'ordre de quelques dizaines de grammes.

Le système d'injection G1-G3 comprend en outre un générateur de gaz pour l'expulsion de l'additif depuis le réservoir dans le carter 3, et un dispositif d'actionnement du générateur de gaz qui est agencé pour actionner ledit

générateur en cas de fonctionnement de la boîte 1 dans au moins un état critique de sorte, par ajout de la quantité déterminée d'additif, à protéger le fonctionnement de la boîte 1. De tels systèmes d'injection sont par exemple connus du document WO-03/016724, et peuvent être notamment actionnés chimiquement, électriquement ou par changement d'un état physique.

En particulier, on peut prévoir un générateur de gaz standard qui soit paramétrable en fonction de l'additif et de l'application considérée. En variante, on peut prévoir que le générateur de gaz soit disposé à distance du réservoir d'additif, par exemple en étant en communication avec lui par l'intermédiaire d'un conduit.

Les systèmes d'injection G1, G3 présentent un agencement similaire à celui de G1 avec toutefois un corps coudé, le premier système G1 comme le troisième G3 assurant une injection axiale de l'additif alors que le deuxième système G2 permet une injection radiale. En outre, le premier système G1 est associé en regard d'un roulement 8 alors que les deux autres systèmes G2-G3 sont prévus respectivement au niveau d'un pignon 7. Ces réalisations permettent l'injection de l'additif à proximité des pièces en rotation qui sont principalement affectées par le fonctionnement dans un état critique, de sorte à limiter le délai de protection.

Le générateur de gaz comprend une charge pyrotechnique et le dispositif d'actionnement comprend un moyen d'allumage de ladite charge. La charge est adaptée notamment à la nature et à la quantité d'additif et à la cinématique d'injection souhaitée. En particulier quelques dixièmes à quelques grammes de matériau pyrotechnique peuvent être utilisés pour obtenir une pression d'injection comprise entre quelques bars et quelques dizaines de bars, le temps d'injection pouvant être ajusté entre 1 ms et 30 s. Cette réalisation, grâce à sa modularité et à sa simplicité de mise en œuvre, est particulièrement avantageuse dans l'application considérée où les contraintes, notamment d'encombrement, sont importantes.

Le moyen d'allumage du deuxième système d'injection G2 comprend une amorce actionnée électriquement. L'actionnement du générateur de gaz est commandé par un calculateur 14, par exemple le même que celui du moteur du véhicule, qui est en communication avec ladite amorce par l'intermédiaire d'une liaison filaire 15. En variante, représentée en relation avec le premier système d'injection G1 , la liaison peut être de type radio 16. Selon une autre réalisation, le calculateur peut être intégré au système d'injection de sorte à obtenir un système d'injection autonome.

Le calculateur 14 est agencé pour comparer au moins un état de fonctionnement de la machine à un seuil critique, et à actionner le générateur de gaz en cas de dépassement dudit seuil critique. Pour ce faire, le dispositif de commande calculateur peut comprendre des moyens de mesure ou d'estimation de l'état de fonctionnement. En particulier, de tels moyens peuvent être connectés au calculateur de sorte à permettre la comparaison. De façon avantageuse, notons que la plupart des capteurs ou estimateurs d'état de fonctionnement sont déjà prévus dans un véhicule automobile, comme les capteurs de température, de pression d'huile, de niveau d'huile, de régime moteur, de cliquetis, de kilomètre, de temps, ....

En outre, le dispositif de commande peut comprendre des moyens de temporisation et/ou de vérification du dépassement du seuil critique, ou des moyens de signification de l'actionnement du générateur de gaz en temps réel ou en temps masqué du fonctionnement de la machine.

Dans le troisième système d'injection G3, l'actionnement est réalisé par un moyen mécanique ou par changement d'un état physique. Dans ces réalisations, l'état de fonctionnement n'est alors pas déterminé, mais le moyen d'actionnement est agencé pour se déclencher au-dessus ou en dessous d'une valeur seuil de cet état.