Brevet FR2758365A3 — publié le 19980717

FR 2758365 A3 19980717 FR 9800070 A 19980107 l Etat de la technique L'invention concerne un couvercle supérieur de soupapes pour un moteur à combustion interne comportant un carter de vilebrequin et une culasse, notamment pour des vé- hicules automobiles. Pendant le fonctionnement d'un moteur à combus- tion interne, les défauts d'étanchéité faibles au niveau de l'intervalle des segments de piston provoquent une perte de pression qui fait que des gaz de combustion s'échappent de la chambre de combustion dans le carter de vilebrequin. Il faut permettre à cette pression croissante de se détendre car si- non on atteint des états de fonctionnement inacceptables. De plus, dans le carter de vilebrequin, il y a également par exemple des gouttelettes d'huile créées par la chaîne entraî- nant l'arbre à cames. Ces gouttelettes sont prises par les gaz de combustion et arrivent de cette manière dans le pro- cessus de combustion. Pour diminuer l'émission des matières polluantes occasionnées par la combustion de l'huile, il est nécessaire d'enlever du mélange gaz-huile, une fraction aussi importante que possible des particules en suspension. Il est connu de prévoir un dispositif séparateur d'huile à l'extérieur du couvercle supérieur des soupapes qui enlève l'huile du mélange huile- gaz. Pour réguler la pression dans le carter de vilebrequin, on utilise en outre des soupa- pes de régulation de pression de carter de vilebrequin pré- vues à l'extérieur du couvercle supérieur des soupapes. L'inconvénient est que le dispositif séparateur d'huile et la soupape de régulation de la pression du carter de vilebrequin selon l'état de la technique ne se trouve pas au voisinage ) immédiat du moteur si bien que ces deux dispositifs ne se chauffent que lentement et qu'il y a le risque de givrage. De plus, la construction du moteur est relativement compliquée à cause des dispositifs prévus séparément à l'extérieur du cou- vercle supérieur des soupapes. Avantages de l'invention La présente invention concerne un couvercle supé- rieur de soupapes pour un moteur à combustion interne compor- tant un carter de vilebrequin et une culasse, notamment pour des véhicules automobiles, avec un dispositif intégré dans le couvercle supérieur des soupapes comprenant un dispositif pour séparer l'huile. Selon un mode de réalisation référentiel, l'invention concerne un tel couvercle supérieur des soupapes dont le dispositif intégré comprend en plus du dispositif sé- parateur d'huile, un dispositif pour réguler la pression ré- gnant dans le carter de vilebrequin. Le couvercle supérieur des soupapes selon l'invention présente l'avantage que par l'intégration du dis- positif pour séparer l'huile et le cas échéant du dispositif pour réguler la pression régnant dans le carter du vilebre- quin on arrive à une construction extrêmement compacte et légère sans aucun élément à l'extérieur du moteur. De plus, le15 dispositif intégré dans le couvercle supérieur des soupapes selon l'invention se trouve directement au-dessus de l'empla- cement des arbres à cames ce qui permet un chauffage rapide après le démarrage du moteur et réduit le risque de givrage. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, pour le couvercle supérieur des soupapes, le dispositif pour séparer l'huile comporte un insert en spirale et notamment un séparateur fin. Le séparateur fin en aval de l'insert en spirale comprend selon un autre mode de réalisa- tion, un non-tissé, un tricot de fil de fer, du tissu de fil de fer, du tissu enroulé ou des granulés. Selon une autre caractéristique de l'invention, le séparateur fin présente au point le plus haut de son boî- tier, un orifice de sortie de gaz de préférence circulaire. Cela évite que si le niveau d'huile augmente dans le sépara- teur fin ou en cas d'accumulation de condensat, cette huile ne soit entraînée et soit conduite à la combustion. Le dispositif prévu dans le couvercle supérieur des soupapes selon l'invention comporte en outre un insert bloqué dans sa position par une pièce prévue dans la zone d'admission des gaz du couvercle supérieur et l'insert en hé- lice sans nécessiter d'autres dispositifs de fixation. L'insert forme avec la partie du couvercle supérieur prévu dans la zone d'entrée des gaz, une section optimisée pour l'écoulement, pour l'entrée des gaz. La zone d'entrée des gaz ainsi réalisée arrive de préférence tangentiellement sur l'insert hélicoidal intégré dans le couvercle supérieur. On crée ainsi avantageusement de faibles déviations et des per- tes de pression. De manière avantageuse, l'insert présente une structure complémentaire entourant de façon aussi étroite que possible la partie arrière tournant rapidement de l'arbre à cames et réduisant ainsi l'éjection de l'huile dans la zone d'entrée des gaz. Selon une variante de réalisation, l'invention concerne un couvercle supérieur de soupapes dont la zone d'entrée des gaz se trouve au niveau de l'ajutage de remplis- sage d'huile. Dans ce cas, le mélange huile-gaz passe de l'ajutage d'entrée d'huile tout d'abord dans la zone de l'insert hélicoidal. Il est prévu avantageusement de munir l'insert hélicoidal par au moins deux structures supplémen- taires qui arrivent dans la zone de l'ajutage de remplissage d'huile et évitent d'une part que de l'huile fraîche n'arrive lors du remplissage dans l'insert en hélice et d'autre part que de l'huile ne soit projetée à partir de la zone des ar- bres à cames enfin l'invention est caractérisée par un dispo- sitif intégré dans le couvercle supérieur et comprenant un dispositif pour séparer l'huile. Selon un autre mode de réalisation, le fond du séparateur fin intégré dans le couvercle supérieur présente un bossage par exemple de forme conique permettant au liquide récupéré de mieux s'écouler. 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 premier mode de réalisation d'un couvercle supérieur des soupapes, - la figure 2 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation du couvercle supérieur des soupapes selon l'invention. La figure 1 montre un couvercle supérieur des soupapes 1 placé sur l'arbre à cames 3. Cette figure ne mon- tre pas la culasse qui se trouve sous l'arbre à cames 3 ni le carter de vilebrequin recouvert ainsi vers le haut par le couvercle supérieur 1. Le couvercle supérieur 1 comprend dans la direction d'écoulement des gaz indiquée par la flèche 50, une zone d'entrée de gaz 5, un insert hélicoïdal 7, un sépa- rateur fin 9 et une soupape de régulation de pression de car- ter de vilebrequin 11. La géométrie de la zone d'entrée des gaz 5 est définie par la zone 13.1 de la partie 13 du couver- cle supérieur 1 et de la pièce d'insert 15 dans la zone d'entrée des gaz 5. L'insert 15 est réalisé en forme de demi- coquille de canal d'entrée et comporte une structure complé- mentaire 17 formant un capot pour l'arbre à cames. La zone d'entrée des gaz 5 arrive tangentiellement sur la garniture hélicoïdale 7. La garniture hélicoïdale 7 comporte un fond de guidage d'air. Cette garniture est fixée dans le couvercle supérieur 1 par une vis 19; il est clair que la fixation peut également être faite sous forme de liaison encliquetée. La garniture hélicoïdale 7 est réalisée pour bloquer l'insert dans la zone 13.1 du couvercle supérieur 1 sans nécessiter de moyens supplémentaires. L'insert hélicoïdal 7 est relié au séparateur fin 9 par un canal de guidage de gaz 21; ce séparateur comporte comme matière de base, un nontissé, un tricot de fil de fer, de la paille de fer, du fil enroulé ou des granulés. Le sépa- rateur fin 9, comporte un perçage de retour 23 par lequel l'huile séparée revient dans le circuit d'huile du moteur. Le séparateur fin 9 est fermé en haut par une moitié de couver- cle 24. A son point le plus haut du boîtier, il y a une posi- tion d'accrochage 27 circulaire avec un joint radial 25. En regard de la position 27, il y a une géométrie de centrage 29 réalisée dans le couvercle supérieur 1 comme appui pour le séparateur fin 9. Au point le plus haut du boîtier du sépara- teur fin 9, se trouve en outre un orifice de sortie de gaz 31. L'orifice de sortie de gaz 31 est relié par un autre ca- nal de gaz 33 à une chambre 35 de la soupape 11 de régulation de la pression du carter de vilebrequin, formée dans la zone inférieure par la moitié de couvercle de boîtier 24. Le canal de guidage de gaz 33 est formé par la mise en place d'un couvercle de guidage d'air 49 en forme de demi-coquille sur la moitié de couvercle de boîtier 24. La soupape de régulation de pression 11 dans le carter de vile- brequin comprend un support de membrane 37 et une membrane élastique 39 pour équilibrer la pression entre la tubulure d'aspiration et le carter de vilebrequin. Le support de mem- 1() brane 37 et la membrane élastique 39 peuvent être réalisés au cours d'une opération avec le joint 41. La fermeture supé- rieure de la soupape de régulation 11 de la pression dans le carter de vilebrequin est formée par une structure de couver- cle 43 par exemple encliquetée, soudée ou collée. La struc- ture de couvercle 43 réalise la liaison avec l'atmosphère et elle est protégée contre la saleté et la neige par une enve- loppe tubulaire 45 qui dépasse. L'enveloppe tubulaire 45 est montée sur le couvercle de recouvrement non représenté ici du couvercle supérieur des soupapes 1. ) La figure montre en outre que la moitié de cou- vercle de boîtier 24 se termine avec la partie 13 du couver- cle supérieur 1 par des joints moulés 48. Le fonctionnement se décrit comme suit, les flè- ches 50 indiquant la direction de passage du gaz de fuite. Le gaz de fuite contenant de l'huile arrive par la zone d'entrée de gaz 5 dans la garniture hélicoïdale 7. L'entrée se fait de préférence tangentiellement pour provo- quer de faibles déviations et ainsi des pertes de charge. La pente de la garniture hélicoïdale 7 produit un guidage cons- 3() tant du flux de gaz ce qui est particulièrement important surtout en mode non stationnaire (circulation en ville, ré- gime variable). Les forces centrifuges agissant au niveau de la garniture hélicoïdale 7 séparent l'huile de la veine de gaz. Cette huile s'écoule vers le perçage de retour 23 sous l'effet de la gravité. Après passage de l'insert hélicoïdal 7, le gaz arrive au niveau du séparateur fin 9 dans lequel le gaz continue à perdre le liquide sous forme de très fines gouttelettes. Les gouttelettes collectées dans le séparateur fin 9 coulent sous l'effet de leur poids le long de la paroi du séparateur fin 9 et sont conduites dans le carter d'huile jusqu'au perçage de retour 23. L'huile est remise dans le circuit d'huile du moteur par le perçage de retour 23. Au5 cours de la suite de l'écoulement, le gaz est conduit dans la zone de la soupape de régulation de pression 11 du carter de vilebrequin. Le volume 35 de la soupape de régulation de pression 11 communique par un système à membrane 37, 39, 41 avec l'atmosphère extérieure ce qui permet de diminuer la surpression qui pourrait régner dans le carter de vilebre- quin. Le gaz déshuilé est finalement reconduit à la combus- tion à partir du volume 35 de la soupape de régulation de pression 11. La figure 2 montre un autre mode de réalisation du couvercle supérieur de cylindre 1 selon l'invention. Les pièces de même construction et de même fonction portent les mêmes références. L'entrée de gaz se fait dans le cas du couvercle supérieur des soupapes 1 de la figure 2 par l'ajutage de rem- plissage d'huile 51. La garniture hélicoïdale 7 comporte des prolongements 53, 55 qui pénètrent dans l'ajutage de remplis- sage d'huile 51. La structure 53 évite que lorsqu'on complète avec de l'huile neuve celle-ci n'arrive dans le dispositif de l'invention. La structure 55 évite que de l'huile ne soit projetée de la zone de l'arbre à cames 3 dans le dispositif selon l'invention. Après passage de la garniture hélicoïdale 7, le gaz arrive au niveau du séparateur fin 9. Le séparateur fin 9 comprend un fond 57 avec un bossage conique 59. Le bos- sage conique 59 améliore l'écoulement du liquide récupéré. Le gaz arrive par une ouverture de sortie de gaz 31 prévue au point géométrique le plus haut du séparateur fin 9 par le canal de guidage de gaz 33 dans le volume 35 de la soupape de régulation de pression 11 du carter de vilebre- quin. De là, le gaz séparé de l'huile est reconduit à la com- bustion. R E V E N D I C A T I 0 NS 1 ) Couvercle supérieur de soupapes pour un moteur à combus- tion interne comportant un carter de vilebrequin et une cu- lasse, notamment pour des véhicules automobiles caractérisé par un dispositif intégré dans le couvercle supérieur et compre- nant un dispositif (7, 9) pour séparer l'huile. 2 ) Couvercle supérieur selon la revendication 1, 1( caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre un dispositif (11) pour régu- ler la pression régnant dans le carter de vilebrequin. 3 ) Couvercle supérieur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (7, 9) comprend une garniture hélicoidale (7) pour séparer l'huile. 4 ) Couvercle supérieur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (7, 9) comprend un séparateur fin (9) ayant de préférence un non-tissé, un tricot de fil de fer, de la paille de fer, du tissu ou des granulés pour séparer l'huile. ) Couvercle supérieur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le séparateur fin (9) comporte un orifice de sortie de gaz 3( (31) à son point géométrique le plus haut. 6 ) Couvercle supérieur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le séparateur fin (9) est prévu en aval de la garniture héli- coidale (7). 7 ) Couvercle supérieur selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre un insert (15) dans la zone d'entrée de gaz (5). 8 ) Couvercle supérieur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'insert (15) présente une structure complémentaire (17) à la zone d'entrée de gaz (5). 1) 9 ) Couvercle supérieur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la zone d'entrée de gaz (5) est formée par l'insert (15) et une zone (13.1) d'une pièce (13) du couvercle supérieur des soupapes (1) ) Couvercle supérieur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la zone d'entrée de gaz (5) arrive tangentiellement sur la garniture hélicoidale (7). 2) ) Couvercle supérieur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la garniture hélicoidale (7) est réalisée pour bloquer l'insert (15) dans le couvercle supérieur (1). 12 ) Couvercle supérieur selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le dispositif (11) de régulation de la pression est prévu en aval du séparateur fin (9) dans le carter de vilebrequin. 3 vilebrequin comprend un support de membrane (37), une mem- brane élastique (39), un joint à membrane (41) et une struc- ture à couvercle (43). 14 ) Couvercle supérieur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la structure de couvercle (43) est recouverte par une enve- loppe (45).