Brevet FR2754466A1 — publié le 19980417

La présente invention concerne un dispositif sé- parateur d'huile, notamment pour des moteurs à combustion in- terne équipant des véhicules automobiles, pour séparer l'huile contenue dans un mélange huile/gaz, comprenant un élément séparateur d'huile placé dans un boîtier. Etat de la technique. Pendant le fonctionnement des moteurs à combus- tion interne, les faibles défauts d'étanchéité dans la zone de l'intervalle des segments de pistons, créent une perte de pression provoquant l'échappement de gaz de combustion de la chambre de combustion vers le carter de vilebrequin. Dans le carter de vilebrequin se trouvent des gouttelettes d'huile provenant par exemple de la chaîne d'entraînement de l'arbre à cames, et qui sont entraînées par les gaz de combustion. Pour diminuer l'émission de matières polluantes provoquée par la combustion de l'huile, on a développé des séparateurs d'huile ayant pour but de séparer l'huile du mélange huile/gaz. Pour cela on connaît des séparateurs d'huile com- posés principalement d'un treillis de fils grossiers consti- tuant des points de condensation sur lesquels s'accumulent les gouttelettes d'huile reconduites dans la bâche à huile, vers le circuit d'huile du moteur, comme huile séparée. On connaît en outre des séparateurs de type cy- clone ayant des nervures conduisant le flux dans un boîtier pour guider le mélange huile/gaz et déviant fortement ce flux. L'huile est séparée de cette manière dans les sépara- teurs, principalement, non par condensation mais bien plus par l'inertie de l'huile. L'inconvénient du premier type de séparateur réside principalement dans le fait que notamment les petites gouttelettes d'huile ne peuvent être séparées. L'inconvénient commun aux deux types de séparateurs est qu'ils n'atteignent leur point de fonctionnement optimum que lorsque le moteur à combustion interne est en fonctionnement stationnaire, c'est-à-dire quand une quantité constante de gaz de combustion s'échappe. Notamment en fonctionnement transitoire, habituel dans le fonctionnement normal d'un vé- hicule automobile, résultant des montées et descentes perma- nentes de vitesses, ces systèmes ne sont plus suffisants pour une séparation efficace de l'huile. Avantages de l'invention. La présente invention concerne un dispositif sé- parateur d'huile, notamment pour des moteurs à combustion in- terne équipant des véhicules automobiles, servant à séparer l'huile d'un mélange huile/gaz, avec un élément séparateur placé dans un boîtier, cet élément séparateur d'huile est réalisé par une hélice ayant au moins une spire et de préfé- rence plusieurs spires. La présente invention prévoit en particulier que, dans le dispositif séparateur d'huile, le mélange huile/gaz soit conduit par un dispositif en forme d'hélice, ayant une ou plusieurs spires de manière à séparer efficacement l'huile, même en mode de fonctionnement transitoire. Cela est réalisé par la combinaison d'une sépara- tion au niveau des parois de l'hélice, par la condensation et par l'inertie des gouttelettes d'huile, du fait de la con- duite du flux du mélange huile/gaz dans l'hélice. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'invention prévoit d'augmenter la surface de l'hélice pour disposer d'un nombre plus important de points de condensation. La perte de charge ne doit pas être trop grande pour permettre à l'effet d'inertie selon l'invention de participer de manière importante à la séparation totale de l'huile. En particulier, l'invention prévoit de réaliser des structures supplémentaires dans les spires de l'hélice, ces structures étant par exemple réalisées sous la forme de nervures, de tissus de fil de fer ou de bossages. La présente invention prévoit également que l'hélice entoure un volume central et des structures prévues sur le côté extérieur des spires de l'hélice pénètrent dans ce volume. Ces structures peuvent être réalisées par exemple sous la forme de nervures. Selon l'invention, après son entrée dans le sépa- rateur d'huile, le mélange huile/gaz arrive tout d'abord dans un volume central entouré par l'hélice, et des nervures de circulation assurent plusieurs inversions de sens de circula- tion du mélange huile/gaz. En particulier, les grosses gout- tes d'huile du mélange huile/gaz se déposent ainsi. Après avoir traversé ce volume central, encore appelé séparateur préalable, le mélange huile/gaz pénètre dans l'hélice dont les spires réalisent une augmentation constante de la vitesse du mélange huile/gaz. Des parties toujours plus fines de l'huile entraînées sont ainsi déposées. Le mélange huile/gaz entraîné à travers les spires fait condenser l'huile sur les parois des spires et l'entraîne dans la direction de l'hélice pour conduire cette huile finalement dans une bâche à huile et permettre de la récupérer dans le moteur. De manière avantageuse, l'invention prévoit de conduire un tel mélange de gaz, ainsi nettoyé, à travers une membrane doublement sollicitée en pression, du côté de l'aspiration du moteur, c'est-à-dire à la combustion. La mem- brane sert à maintenir la dépression dans le carter du vile- brequin à un niveau usuel de -40 à +20 mbars de différence de pression pour garantir le fonctionnement correct des bagues d'étanchéité de l'arbre, par exemple des paliers principaux du vilebrequin. Selon un autre développement avantageux, l'inven- tion prévoit de disposer l'hélice dans un boîtier qui pré- sente, sur toute sa périphérie, un canal communiquant par un canal de liaison avec une périphérie de l'hélice. La paroi extérieure de ce canal comporte des passages et porte égale- ment, sur toute la périphérie du boîtier, une toile polyester ou un non-tissé de polyester. Le mélange huile/gaz très lar- gement nettoyé et conduit à travers le séparateur préalable et l'hélice, passe par la dernière spire de l'hélice et le canal de liaison pour arriver dans le canal. Le mélange de gaz quitte alors le canal par les passages et la toile ou le non-tissé de polyester appliqués sur la face extérieure du canal; il peut de nouveau être fourni au côté d'aspiration du moteur, par exemple par une membrane doublement sollicitée en pression. Le côté extérieur du canal entourant le boîtier de l'hélice sert ainsi de pièce de support en toile ou en non-tissé de polyester et fait par- tie du boîtier et ainsi également du séparateur préalable. Cela conduit de manière avantageuse à une faible hauteur et à un encombrement réduit. La construction compacte du dispositif séparateur d'huile selon l'invention est très peu encombrante et permet d'utiliser ce dispositif également comme un ensemble séparé. D'une manière particulièrement avantageuse, le dispositif se- lon l'invention peut également équiper des groupes déjà fa- briqués en série. La construction compacte permet de monter le dispositif sur des pièces conductrices de chaleur, par exemple sur le volume d'huile de l'arbre à cames, ce qui évite en toute sécurité le givrage de l'eau contenue dans les gaz de combustion et qui se produit dans les dispositifs sé- parateurs d'huile montés à l'extérieur, ce qui évite avec certitude tout bouchage des canaux. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - l'hélice comporte des structures supplémentaires pour sépa- rer l'huile, - les structures sont réalisées dans les spires de l'hélice, - l'hélice entoure un volume central, -les structures sont dirigées vers le volume central entouré par l'hélice, - les structures sont des nervures de guidage, - d'autres dispositifs séparateurs d'huile, notamment des la- melles ou des treillis à mailles sont prévus dans les spi- res de l'hélice, dans le volume central ou sur les nervures de guidage, l'hélice se trouve dans un boîtier à hélice placé dans un boîtier, - le boîtier à hélice comporte un canal prévu autour de sa périphérie et ayant un canal communiquant avec une spire de l'hélice, - la paroi du boîtier entourant l'hélice constitue en même temps la paroi intérieure du canal, - la paroi extérieure du canal porte une toile ou un non- tissé de polyester, - au moins la paroi extérieure du canal est fabriquée en ma- tière plastique, - le dispositif comporte une membrane, de préférence une mem- brane doublement sollicitée en pression. Dessins. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés schématiquement dans les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un dispositif sé- parateur d'huile selon l'invention, o10 - la figure 2 montre, suivant une coupe longitudinale dans deux plans, un autre mode de réalisation d'un dispositif séparateur d'huile selon l'invention. Exemples de réalisation. La figure 1 montre un dispositif séparateur d'huile 2 selon l'invention dont le boîtier 4 loge une hélice 6. L'hélice 6 comporte quatre spires 12. La périphérie de l'hélice et la hauteur (h) d'une spire sont choisies pour que l'hélice 6 entoure un volume central 10. Les spires 12 de l'hélice 6 portent des structures venant en saillie dans le volume central 10 pour agrandir la surface superficielle; ces structures sont en forme de nervures 8. Le volume central et les nervures 8 qui pénètrent dans celui-ci forment le séparateur préalable 14. La figure 1 montre en outre la membrane 16 dou- blement sollicitée en pression, serrée entre un élément for- mant couvercle 18 et une paroi 20. L'élément formant couvercle 18 comporte une partie en contre-dépouille 22 per- mettant d'enclipser l'élément de couvercle 18. La figure mon- tre en outre un support 24 pour la membrane 16 de régulation de pression ainsi que des soupapes de régulation de pression 26 en élastomère. Le mélange huile/gaz arrivant dans la zone 28 du séparateur préalable 14 est conduit, avec plusieurs change- ments de direction de la manière indiquée par les flèches, sur les nervures de guidage 8; cela permet de séparer de grosses gouttes d'huile. Le mélange huile/gaz arrive alors dans les spires 12; ces spires sont formées, selon un mode de réalisation préférentiel, par l'assemblage du boîtier 4 avec l'hélice 6. L'augmentation constante de vitesse du mé- lange huile/gaz provoquée par la variation de surface des spires 12 produit la séparation de parties toujours plus pe- tites de l'huile entraînée. Le mélange huile/gaz entraîne l'huile condensée sur les parois des spires 12 dans la direc- tion de l'hélice jusqu'à ce que cette huile revienne par le retour d'huile 30 dans le réservoir du moteur (non représen- té). L'huile nettoyée est fournie par la membrane de régula- tion de pression 16 au côté d'aspiration du moteur pour arriver à la combustion. La membrane 16 a pour fonction de maintenir la dépression dans le carter du vilebrequin à un niveau usuel de l'ordre de +20 à -40 mbars de différence de pression. Le canal 32 sert à la ventilation de la membrane 16. Le dispositif séparateur d'huile selon l'inven- tion permet d'arriver à des quantités résiduelles d'huile non séparées du mélange huile/gaz de l'ordre de 0,02 g/kW/h. De manière avantageuse, il est prévu d'utiliser le dispositif séparateur d'huile selon la présente invention également sur des groupes fabriqués en série. Pour cela il suffit de pré- voir des éléments de liaison appropriés et des points d'accrochage sur le moteur à équiper ainsi après sa fabrica- tion. Dans la description suivante on utilisera les mê- mes références pour désigner les mêmes pièces que ci-dessus ou des pièces de fonction identiques. La figure 2 montre un autre développement avanta- geux de la présente invention. Cette figure 2 montre un dis- positif séparateur d'huile 2 ayant une hélice 6 avec des spires 12, dans un boîtier 4. L'hélice 6 est réalisée de fa- çon à entourer un volume central réalisé comme séparateur préalable 14. Dans le séparateur préalable 14 se trouvent les nervures de guidage de flux 8, non représentées ici, consti- tuées par des structures de l'hélice 6 tournées vers l'intérieur. L'hélice 6 se trouve dans un boîtier à hélice 36 prévu dans le boîtier 4; à sa périphérie il y a une rainure annulaire ou un canal 38. La paroi du canal 38 tournée vers l'hélice 6 est formée par la paroi 40 du boîtier à hélice 36 et par la paroi extérieure du canal 38 constituée par la pa- roi 42. La paroi extérieure 42 du canal 38 comporte des fen- tes ou des orifices 44; elle est munie sur toute sa périphérie d'une toile ou d'un non-tissé de polyester 46. La figure montre en outre le retour d'huile 48 en forme de si- phon ainsi qu'un élément d'étanchéité annulaire 50. Le fonctionnement est le suivant: Le mélange huile/gaz à nettoyer arrive au point 52 et traverse le séparateur préalable 14; du fait de plu- sieurs changements de direction, autour des nervures de gui- dage 8, les grosses gouttes d'huile se déposent. Puis le mélange huile/gaz arrive dans les spires 12 de l'hélice 6 et au cours de ce passage des particules de plus en plus fines d'huile entraînées se déposent. Le flux de gaz entraîne avec lui l'huile déposée sur les parois des spires 12 de sorte que cette huile peut revenir dans un réservoir en passant par un siphon 48. La direction d'écoulement indiquée à la figure 2 par les flèches pour le mélange-gaz se poursuit à la suite des spires 12 de l'hélice 6 dans le canal 38; ce canal en- toure le boîtier 36 de l'hélice; puis le flux traverse les orifices ou les fentes 44 pour passer à l'extérieur à travers la paroi 42 à travers la toile de polyester 46 du canal 38; cela assure un nettoyage particulièrement poussé du mélange huile/gaz. Le mélange de gaz ainsi nettoyé passe par l'orifice de sortie 54 du boîtier 14 du dispositif séparateur d'huile 2 et peut alimenter la combustion. Le mode de réalisation représenté à la figure 2 est avantageux dans la mesure o la paroi extérieure 42 jouant le rôle de support de la toile ou du non-tissé de po- lyester 46 constitue en même temps une partie du boîtier à hélice 36 entourant l'hélice 6; on arrive ainsi à une hau- teur particulièrement réduite et à un encombrement très fai- ble. Un tel système séparateur d'huile très intégré peut se monter d'une manière particulièrement peu encombrante, par exemple dans la culasse des cylindres; il peut également se monter comme ensemble séparé. R E V E N D I C A T I ONS S 1 ) Dispositif séparateur d'huile, notamment pour des moteurs à combustion interne équipant des véhicules automobiles, pour séparer l'huile contenue dans un mélange huile/gaz, compre- nant un élément séparateur d'huile placé dans un boîtier, caractérisé en ce que l'élément séparateur d'huile est réalisé par une hélice (6) ayant au moins une spire (12) et de préférence plusieurs spi- res. 2 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hélice (6) comporte des structures supplémentaires pour sé- parer l'huile. 3 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 2, caractérisé en ce que les structures sont réalisées dans les spires (12) de l'hélice (6). 4 ) Dispositif séparateur d'huile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hélice (6) entoure un volume central (10). ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 2, caractérisé en ce que les structures sont dirigées vers le volume central (10) en- touré par l'hélice (6). 6 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 2, caractérisé en ce que les structures sont des nervures de guidage (8). 7 ) Dispositif séparateur d'huile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que d'autres dispositifs séparateurs d'huile, notamment des la- melles ou des treillis à mailles sont prévus dans les spires (12) de l'hélice (6), dans le volume central (10) ou sur les nervures de guidage (8). 8 ) Dispositif séparateur d'huile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'hélice (6) se trouve dans un boîtier (36) à hélice placé dans un boîtier (4). 9 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 8, caractérisé en ce que le boîtier à hélice (36) comporte un canal (38) prévu autour de sa périphérie et ayant un canal (38) communiquant avec une spire (12) de l'hélice (6). ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 8, caractérisé en ce que la paroi du boîtier (36) entourant l'hélice (6) constitue en même temps la paroi intérieure (40) du canal (38). 11 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 9, caractérisé en ce que la paroi extérieure (42) du canal (38) porte une toile ou un non-tissé de polyester (46). 12 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 9, caractérisé en ce qu' au moins la paroi extérieure (42) du canal (38) est fabriquée en matière plastique. 13 ) Dispositif séparateur d'huile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comporte une membrane, de préférence une mem- brane (16) doublement sollicitée en pression.