Brevet FR2733798A1 — publié le 19961108

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé de traitement des gaz de carter des moteurs à combustion interne qui sont recyclés à l'admission de ces moteurs, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle trouve son application dans tous les moteurs à combustion internes fonctionnant à poste fixe ou équipant des véhicules ou des engins de travaux dans lesquels les gaz de carter pouvant contenir des matières carbonées et des gouttelettes de lubrifiants sont recyclés. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Un procédé de traitement des gaz de carter d'un moteur à combustion interne est décrit dans le brevet FR 7437159 selon lequel on fait passer une partie des gaz de carter dans un réacteur fermé en relation d'échange thermique avec un conduit de sortie des gaz d'échappement du moteur, et dans lequel on oxyde catalytiquement le monoxyde de carbone, en gaz carbonique et en vapeur d'eau, et l'on élimine les fractions d'hydrocarbures à point d'ébullition élevé et les matières carbonées, et l'on fait passer les gaz effluents résultants dans le système d'admission de combustible du moteur. Ce procédé permet de diminuer la quantité de matières inertes recyclées réduisant ainsi la formation d'oxyde d'azote. I1 permet aussi de brûler les matières carbonées et notamment celles contenues dans les gouttelettes de lubrifiants, contenues dans les gaz de carter - Avec ce procédé les additifs contenus dans les huiles de lubrification des moteurs, ainsi que les matières non brûlées se déposent sur les surfaces revêtues de catalyseur du réacteur. Après passage d'une certaine quantité de gaz de carter dans le réacteur, les dépôts rendent le catalyseur inactif. Le réacteur doit alors être démonté et nettoyé. Si l'élément de catalyseur est amovible il doit être remplacé.Ce phénomène d'encrassement particulièrement gênant, est d'autant plus important que les moteurs fonctionnent à bas régime du fait que la température des gaz d'échappement est relativement basse, par exemple 2000C. La température maximale des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne fonctionnant à haut régime ne dépasse pas 8000C, ce qui limite les performances du réacteur. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention a justement pour objet de remédier à ces inconvénients et notamment de fournir un procédé et un dispositif de traitement des gaz de carter recyclés des moteurs à combustion interne. Ce procédé et ce dispositif sont utilisables avec les moteurs à essence ou diesel, équipés ou non de turbocompresseurs. Le procédé et le dispositif de l'invention permettent de chauffer les gaz de carter à une température supérieure à la température des gaz d'échappement indépendamment du régime de fonctionnement du moteur et d'éliminer, sans démontage d'aucun élément, les éventuels dépôts qui nuisent au fonctionnement du réacteur par chauffage intense des gaz de carter pendant une durée déterminée. Grâce à l'invention l'encrassement du réacteur est surveillé et le nettoyage par chauffage de ce dernier peut être déclenché automatiquement ou manuellement en fonction des besoins. A cette fin la présente invention propose un procédé de traitement des gaz de carter, contenant notamment des matières carbonées et des additifs de lubrifiants, recyclés dans un moteur à combustion interne, selon lequel on fait passer ces gaz dans un réacteur d'oxydation, dans lequel on brûle lesdites matières carbonées et l'on fait passer les gaz effluents résultants dans le système d'admission du moteur caractérisé en ce que les gaz de carter sont chauffés à une température supérieure à 3000C, par un apport réglable d'énergie calorifique et traversent ensuite un élément de contact. Selon une caractéristique de l'invention l'élément de contact contient au moins un catalyseur d'oxydation. Selon une autre caractéristique de l'invention l'énergie calorifique est apportée par effet Joule. Selon une autre caractéristique de l'invention l'énergie calorifique est apportée par effet micro-ondes. Selon une autre caractéristique de l'invention l'énergie calorifique est apportée en brûlant un combustible liquide ou gazeux. Selon une autre caractéristique de l'invention l'énergie calorifique est également apportée en partie par échange thermique entre l'élément de contact et un tuyau de sortie des gaz d'échappement du moteur. Selon une autre caractéristique de l'invention la température des gaz dans le réacteur d'oxydation est contrôlée par un régulateur qui agit sur la quantité d'énergie calorifique apportée. Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque la différence de pression entre l'entrée et la sortie du réacteur d'oxydation dépasse une valeur de seuil, représentative de l'encrassement du réacteur d'oxydation, la température des gaz de carter est portée automatiquement à une valeur supérieure à 600"C par augmentation de la quantité d'énergie calorifique apportée. L'invention a aussi pour objet un dispositif de traitement des gaz de carter, contenant notamment des matières carbonées et des additifs de lubrifiants, recyclés dans un moteur à combustion interne muni d'un système d'admission, ledit dispositif comprenant, un tuyau collecteur des gaz de carter, un réacteur d'oxydation, une tubulure de sortie des effluents du réacteur d'oxydation connectée au système d'admission du moteur et se caractérisant en ce qu'il comporte en outre à l'intérieur du réacteur d'oxydation) des moyens de chauffage des gaz de carter réglables au moyen d'un actionneur, pour porter leur température à une valeur supérieure à 3000C et un élément de contact. Selon une autre caractéristique de l'invention l'élément de contact comporte au moins un catalyseur d'oxydation. Selon une autre caractéristique de l'invention les moyens de chauffage des gaz de carter comportent au moins une résistance électrique alimentée par un générateur d'électricité. Selon une autre caractéristique de l'invention les moyens de chauffage des gaz de carter comportent un générateur de micro-ondes, connecté à des électrodes et alimenté par un générateur d'électricité. Selon une autre caractéristique de l'invention les moyens de chauffage des gaz de carter comportent un brûleur de combustible liquide ou gazeux, une canalisation d'amenée du combustible au brûleur, un réservoir de stockage de combustible, des moyens d'allumage du combustible. Selon une autre caractéristique de l'invention l'élément de contact comporte un tuyau dans lequel circule des gaz d'échappement du moteur. Selon une autre caractéristique le dispositif de l'invention comporte un capteur de mesure de la température des gaz de carter connecté à un régulateur de température commandant l'actionneur agissant sur les moyens de chauffage des gaz de carter. Selon une dernière caractéristique la présente invention propose un dispositif comportant en outre un capteur de mesure de pression différentielle connecté à un module à seuil commandant l'actionneur agissant sur les moyens de chauffage des gaz de carter. L'invention sera mieux comprise avec la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels La figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de traitement des gaz de carter conforme à la description de l'invention. La figure 2 représente schématiquement un réacteur d'oxydation comportant une résistance électrique de chauffage. la figure 3 représente schématiquement un réacteur d'oxydation comportant un dispositif de chauffage à microondes. La figure 4 représente schématiquement un réacteur d'oxydation comportant un brûleur de combustible. La figure 5 représente schématiquement un réacteur chauffé par les gaz d'échappement du moteur. La figure 6 représente schématiquement un réacteur muni d'un dispositif de régulation de la température des gaz de carter. La figure 7 représente schématiquement un réacteur muni d'un dispositif de régénération automatique in-situ du catalyseur. EXPOSE DETAILLE DE L'INVENTION D'une manière générale, le procédé et le dispositif de l'invention sont utilisés pour traiter les gaz de carter recyclés à l'admission d'un moteur à combustion interne en portant ces gaz à une température supérieure à 3000C indépendamment de la température des gaz d'échappement du moteur. La figure 1 représente un moteur à combustion interne comprenant - un carter 2 muni de sorties 3 et 4 des gaz de carter1 - un tuyau collecteur 5 des gaz de carter, - un réacteur 6 d'oxydation muni d'une entrée 7 des gaz de carter et d'une sortie 8 des gaz de carter, - une tubulure 11 bis de sortie des effluents du réacteur 6 d'oxydation, - un système 12 d'admission du moteur. - une source 1 d'énergie, - des moyens 9 de chauffage des gaz de carter montés dans le réacteur 6 d'oxydation et alimentés par la source 1 d'énergie, - un élément 10 de contact monte dans le réacteur 6 d'oxydation, - un actionneur 11 de réglage de l'énergie apportée aux moyens de chauffage, Le moteur comporte non représentés sur les figures tous les éléments nécessaires à son fonctionnement, notamment des soupapes et clapets bien connus de l'homme du métier, pour assurer la sécurité de fonctionnement du dispositif de traitement des gaz de carter. L'extrémité amont du collecteur 5 est reliée aux sorties 3 et 4 des gaz de carter et son extrémité aval à l'entrée 7 du réacteur 6 d'oxydation. La tubulure 11 bis est reliée à son extrémité amont à la sortie 8 des gaz de carter, du réacteur 6 d'oxydation et à son extrémité aval au système 12 d'admission du moteur par des moyens adaptés non représentés. Sous l'effet de la différence de pression existante entre les sorties 3 et 4 des gaz de carter et le système 12 d'admission du moteur, les gaz de carter sont aspirés au travers des sorties 3 et 4, circulent dans le tuyau collecteur 5 puis entrent dans le réacteur 6 d'oxydation par l'entrée 7. Dans le réacteur 6 d'oxydation ils sont mis en contact avec les moyens 9 de chauffage qu'ils traversent, puis sont mis en contact avec l'élément 10 de contact. Ces gaz de carter sortent ensuite du réacteur 6 d'oxydation par la sortie 8 et sont acheminés au travers de la tubulure 11 bis à l'entrée du système 12 d'admission. Les gaz de carter chargés des matières carbonées et de gouttelettes de lubrifiants contenant des additifs sont chauffés au contact des moyens 9 de chauffage qu'ils traversent et viennent ensuite chauffer l'élément 10 de contact au travers duquel ils circulent. Toutes les matières combustibles contenues dans les gaz de carter sont brûlées ou viennent se déposer, ainsi que les matières non combustibles, sur la surface de l'élément 10 de contact. L'élément 10 de contact doit présenter une surface de contact avec les gaz qui le traverse aussi grande que possible et résister à des températures élevées par exemple 12000C. Il doit également se laisser traverser par les gaz de carter, sans créer une perte de charge importante. A titre d'exemples de réalisations de l'élément 10 de contact, présentant ces caractéristiques, on peut citer des structures constituées au moyen de fils ou de rubans métalliques, et des structures métalliques en nids d'abeilles. On peut également citer des structures à base de céramiques poreuses ou munies de fins canaux dans lesquels les gaz de carter peuvent circuler. La température des gaz de carter 2 dans le réacteur 6 d'oxydation, et par conséquent celle de l'élément 10 de contact est réglable par action sur la quantité d'énergie apportée aux moyens 9 de chauffage par la source d'énergie 1 par action sur l'actionneur 11 de réglage. Ainsi la température de l'élément 10 de contact peut être adaptée au mode de fonctionnement du moteur et à la qualité du traitement des gaz de carter désirée, dans tous les cas elle est supérieure à 3000C. En augmentant suffisamment la quantité d'énergie apportée aux moyens 9 de chauffage pendant une durée suffisante, on peut brûler tous les dépôts qui se forment en marche normale à la surface de l'élément 10 de contact. Grâce à cette caractéristique, il n'est pas nécessaire de démonter ni de changer l'élément 10 quand il est encrassé. Selon un autre mode de réalisation, l'élément 10 de contact est revêtu d'un catalyseur d'oxydation qui facilite le brûlage des matières contenues dans les gaz de carter. Quand le catalyseur est rendu inactif par des dépôts de matières brûlées ou non, il peut être régénéré en augmentant l'énergie apportée aux moyens 9 de chauffage pendant une durée adaptée, sans démontage, ni remplacement de l'élément 10 de contact. Selon un autre mode de réalisation, représenté sur la figure 2, les moyens 9 de chauffage sont réalisés par une résistance électrique, alimentée par une source d'énergie électrique en série avec des moyens de réglage de la quantité d'énergie apportée à la résistance. La résistance doit être réalisée en matériau supportant des températures très élevées et selon une structure telle qu'elle engendre une perte de charge aussi faible que possible. On peut citer à titre d'exemples un assemblage de barres de quartz et des fils métalliques spiralés. La source 1 d'énergie peut être une batterie d'accumulateurs ou un alternateur couplé au moteur à combustion interne. Selon le mode de réalisation de l'invention représenté figure 3, les moyens 9 de chauffage sont des électrodes 13 émettrices de micro-ondes qui chauffent directement l'élément 10 de contact. La source 1 d'énergie électrique alimente un générateur de micro-ondes 12bis dont la puissance est modulable par l'actionneur 11 de réglage. Selon le mode de réalisation de l'invention représenté figure 4, les moyens de chauffage comportent un brûleur 9 de combustible liquide ou gazeux, stocké dans le réservoir 1 et des moyens 25 d'allumage. La puissance calorifique fournie par le brûleur est réglée par action manuelle ou automatique sur la vanne 11. Selon le mode de réalisation de l'invention représenté figure 5 l'élément 10 de contact est en outre chauffé au moyen d'un tuyau 14 dans lequel circule des gaz d'échappement du moteur. Selon le mode de réalisation de l'invention représenté figure 6 le dispositif de l'invention comporte en outre les éléments suivants - un capteur 15 de mesure de la température des gaz de carter dans le réacteur 6 d'oxydation, - un régulateur 16 muni d'un circuit 17 d'entrée et d'un circuit 18 de sortie, Le capteur de température 15 relié au circuit 17 d'entrée du régulateur 16 délivre un signal représentatif de la température des gaz de carter dans le réacteur 6 d'oxydation. A partir de ce signal et d'une valeur de consigne modifiable, le régulateur élabore un signal de commande délivré par le circuit 18 de sortie qui est relié à l'actionneur 11 de réglage de la quantité d'énergie apportée aux moyens 9 de chauffage.Grâce à ces dispositifs la température des gaz de carter peut être maintenue à une valeur constante modifiable manuellement ou automatiquement par action sur la valeur de consigne, quelles que soient notamment les conditions de fonctionnement du moteur. Sur la figure 6 le capteur 15 de mesure de la température a été représenté en amont de l'élément 10 de contact à titre d'exemple. Il peut être placé à un autre endroit dans le réacteur qui sera facilement déterminé par l'homme du métier, par exemple au coeur de l'élément 10 de contact. Selon un dernier mode de réalisation de l'invention, le dispositif représenté figure 7 comprend en outre - un capteur 19 de mesure de pression différentielle muni d'une sortie 26 de signal, - deux prises 20 et 21 d'impulsions, - deux tuyaux 22 et 23 reliant le capteur 19 aux prises 20 et 21 d'impulsions, - un module 24 à seuil comportant un circuit 28 d'entrée et un circuit 29 de sortie, Lorsque l'élément 10 de contact s'encrasse, la perte de charge qu'il crée augmente. Cette perte de charge est mesurée au moyen du capteur 19 de pression différentielle. Le module 24 à seuil compare la valeur du signal représentatif de la pression différentielle à une valeur de seuil représentative de l'encrassement du réacteur 6, fixée expérimentalement. Lorsque la pression différentielle dépasse cette valeur du seuil, le module 24 à seuil délivre par l'intermédiaire du circuit 29 de sortie un signal de commande de l'actionneur 11 de réglage de la quantité d'énergie délivrée aux moyens 9 de chauffage, permettant de chauffer le gaz de carter à une température supérieure à 6000C. Le capteur 19 de pression différentielle, le module 24 à seuil et l'actionneur 11 de réglage sont des éléments bien connus qui peuvent être réalisés par des technologies électroniques, pneumatiques ou hydrauliques. Grâce à ce mode de réalisation du dispositif de l'invention, le déclenchement du nettoyage de l'élément 10 de contact est automatique. Dans le cas où l'élément 10 de contact contient des catalyseurs d'oxydation, la régénération est déclenchée automatiquement. Le module 24 à seuil est réglé de manière à ce que l'opération de nettoyage ou de régénération s'arrête automatiquement quand la pression différentielle mesurée au moyen du capteur 19 franchit un seuil inférieur au seuil de déclenchement du nettoyage. REVENDICATIONS 1- Procédé de traitement des gaz de carter, contenant notamment des matières carbonées et des additifs de lubrifiants, recyclés dans un moteur à combustion interne, selon lequel on fait passer ces gaz dans un réacteur (6) d'oxydation, dans lequel on brûle lesdites matières carbonées et l'on fait passer les gaz effluents résultants dans le système (12) d'admission du moteur caractérisé en ce que les gaz de carter sont chauffés à une température supérieure à 3000C, par un apport réglable d'énergie calorifique et traversent ensuite un élément (10) de contact. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (10) de contact contient au moins un catalyseur d'oxydation. 3- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'énergie calorifique est apportée par effet Joule. 4- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'énergie calorifique est apportée par effet micro-ondes. 5- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'énergie calorifique est apportée en brûlant un combustible liquide ou gazeux. 6- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'énergie calorifique est également apportée en partie par échange thermique entre l'élément (10) de contact et un tuyau de sortie des gaz d'échappement du moteur. 7- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la température des gaz dans le réacteur (6) d'oxydation est contrôlée par un régulateur (16) qui agit sur la quantité d'énergie calorifique apportée. 8- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que, lorsque la différence de pression entre l'entrée et la sortie du réacteur d'oxydation dépasse une valeur de seuil, représentative de l'encrassement du réacteur (6) d'oxydation, la température des gaz de carter est portée automatiquement à une valeur supérieure à 6000C par augmentation de la quantité d'énergie calorifique apportée. 9- Dispositif de traitement des gaz de carter, contenant notamment des matières carbonées et des additifs de lubrifiants, recyclés dans un moteur à combustion interne muni d'un système (12) d'admission, ledit dispositif comprenant, un tuyau (5) collecteur des gaz de carter, un réacteur (6) d'oxydation, une tubulure (11 bis) de sortie des effluents du réacteur (6) d'oxydation, connecté au système (12) d'admission du moteur et se caractérisant en ce qu'il comporte en outre à l'intérieur du réacteur (6) d'oxydation des moyens (9), de chauffage des gaz de carter réglables au moyen d'un actionneur (11), pour porter leur température à une valeur supérieure à 3000C et un élément (10) de contact. 10- Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'élément (10) de contact comporte au moins un catalyseur d'oxydation. 11- Dispositif selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que les moyens de chauffage des gaz de carter comportent au moins une résistance (9) électrique alimentée par un générateur (1) d'électricité. 12- Dispositif selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que les moyens de chauffage des gaz de carter comportent un générateur (12bis) de micro-ondes connecté à des électrodes (13), alimenté par un générateur (1) d'électricité. 13- Dispositif selon la revendication 9 ou 10 caractérisé en ce que les moyens de chauffage des gaz de carter comportent un brûleur (9) de combustible liquide ou gazeux, une canalisation (26) d'amenée du combustible au brûleur (9), un réservoir (1) de stockage de combustible, des moyens (25) d'allumage du combustible. 14- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13 caractérisé en ce que l'élément (10) de contact comporte un tuyau (14) dans lequel circule des gaz d'échappement du moteur. 15- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14 caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (15) de mesure de la température des gaz de carter connecté à un régulateur (16) de température commandant 1' actionneur (11) agissant sur les moyens (9) de chauffage des gaz de carter. 16- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 15 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un capteur (19) de mesure de pression différentielle connecté à un module (24) à seuil, commandant 1' actionneur (11) agissant sur les moyens (9) de chauffage