Brevet FR2754470A1 — publié le 19980417

Etat de la technique La présente invention concerne un dispositif sé- parateur d'huile notamment dans des moteurs à combustion in- terne de véhicules automobiles, pour séparer l'huile du mélange huile/gaz, comprenant un élément séparateur d'huile placé dans un boîtier. Au cours du fonctionnement du moteur à combustion interne, des défauts d'étanchéité, faibles au niveau des in- tervalles des segments de piston créent une perte de pression si bien que les gaz de combustion s'échappent de la chambre de combustion et passent dans le carter du vilebrequin. Dans le carter du vilebrequin, il rencontre des gouttelettes d'huile provenant par exemple de la chaîne d'entraînement de l'arbre à cames; ces gouttelettes sont absorbées par les gaz de combustion et arrivent de cette manière dans le procédé de combustion. Pour réduire l'émission des matières polluantes provoquée par la combustion de l'huile, on a développé des séparateurs d'huile destinés à éliminer l'huile du mélange huile/gaz. On connaît ainsi des séparateurs d'huile composés principalement d'un treillis de fils grossiers constituant des points de condensation au niveau desquels s'accumulent les gouttelettes d'huile pour être reconduites dans la bâche à huile sous la forme d'huile séparée destinée à revenir au circuit d'huile du moteur. On connaît en outre des séparateurs d'huile uti- lisant le principe du cyclone, ayant des nervures guidant le flux dans un boîtier recevant le mélange huile/gaz pour dé- vier fortement ce mélange. L'huile est ainsi séparée par les séparateurs non pas principalement par condensation, mais par l'effet d'inertie agissant sur l'huile. Comme inconvénient de ce type de séparateur connu, est entre autres de ne pouvoir séparer en particulier les petites gouttelettes d'huile. Un inconvénient des deux types de séparateurs est que leur point de fonctionnement optimum ne s'atteint qu'en mode station- naire du moteur à combustion interne; en d'autres termes, cela correspond à un débit constant de gaz de combustion. En particulier en mode non stationnaire, usuel pour le fonction- nement normal d'un véhicule automobile, correspondant à la montée et à la descente de vitesse permanente, nécessaire, de tels systèmes ne sont plus suffisants pour réaliser une sépa- ration efficace de l'huile. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un dispositif séparateur d'huile, notamment pour des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, destiné à séparer l'huile d'un mélange huile/gaz, comprenant un élément séparateur d'huile placé dans un boîtier; selon l'invention, l'élément séparateur d'huile comprend une première et une seconde électrode re- liées chacune à une source de haute tension. Les deux élec- trodes sont placées dans le chemin de circulation du mélange huile/gaz; leurs polarités sont différentes. L'invention utilise de manière avantageuse le principe électrostatique selon lequel les gouttelettes d'huile chargées au niveau de la première électrode sont at- tirées par la seconde électrode et collectées par celle-ci. Le dispositif séparateur d'huile selon l'invention permet une construction très compacte ne nécessitant que peu de pièces. En outre, il est possible de séparer l'huile de manière effi- cace même en cas de fonctionnement non stationnaire. Un autre avantage du dispositif séparateur d'huile selon l'invention est de séparer non seulement les composants huileux du mélange gazeux, mais également les com- posants aqueux du gaz de soufflage. Un autre avantage non négligeable du dispositif séparateur d'huile est que l'élément séparateur est suffisam- ment résistant à l'encrassage provoqué notamment par des ad- ditifs connus à l'huile constituant des sources d'encrassage. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'invention prévoit de réaliser la première électrode comme électrode annulaire tubulaire traversée par le mélange huile/gaz. A l'aide de ce type de mise en forme, on peut charger particulièrement bien les composants huileux et aqueux du mélange de gaz. Un autre mode de réalisation préférentiel de l'invention prévoit que la seconde électrode en aval de la première électrode présente une surface et soit en particu- lier de forme conique; la seconde électrode est de préfé- rence disposée perpendiculairement dans le chemin d'écoulement du mélange gazeux. La seconde électrode fonc- tionne ainsi comme plaque brise-jet sur laquelle arrivent les composants d'huile et d'eau et qui s'accumulent du fait de la polarité des électrodes et ne peuvent plus être transportés plus loin par le gaz. Le mélange huile/liquide accumulé s'écoule grâce à la forme appropriée de la seconde électrode de préférence par un dispositif d'évacuation conduisant l'huile ou le li- quide au moteur. Il est particulièrement avantageux de donner à l'électrode annulaire tubulaire une forme conique. La section traversée augmente dans la direction de l'écoulement. De pré- férence, l'angle d'ouverture a est compris entre 10 et 20 . La forme conique permet de réduire la vitesse d'écoulement du mélange huile/gaz permettant une charge plus efficace des particules de liquide. En outre, la vitesse d'impact du mé- lange sur la seconde électrode est diminuée de sorte que les particules de liquide séjournent sur l'électrode et ne ris- quent pas d'être entraînées par la circulation des gaz. Il est particulièrement avantageux que la seconde électrode de forme conique présente un angle au sommet déli- mité par sa surface enveloppe qui est de préférence compris entre 100 et 1400. Un autre perfectionnement du fonctionnement pré- voit de disposer d'électrodes coniques pour que sa pointe soit tournée vers la première électrode et que son axe de sy- métrie coïncide de préférence avec l'axe de symétrie de la première électrode. Selon un autre perfectionnement du rendement de la seconde électrode, selon un exemple de réalisation préfé- rentiel, un bord annulaire parallèle à l'axe de symétrie s'étend à partir du bord de la surface enveloppe de l'électrode en direction de la première électrode. Cela d'une part augmente la surface efficace de l'électrode et d'autre part assure un ralentissement plus poussé des gaz qui s'échappent de sorte que le temps de séjour du mélange huile/gaz est allongé dans la plage active de la seconde électrode. Il est particulièrement avantageux de réaliser le boîtier du dispositif séparateur d'huile en matière plastique. Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, en aval de la seconde électrode, il y a un se- cond élément séparateur notamment sous la forme d'un treillis de fils et/ou de fils ou d'un non-tissé de polyester pour sé- parer les derniers résidus d'huile ou de liquide de la veine de gaz. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans l'unique figure annexée. L'unique figure montre une vue en coupe schémati- que du dispositif séparateur d'huile. Exemple de réalisation Un dispositif séparateur d'huile 1 comporte de préférence un boîtier 3 en forme de pot fabriqué en matière plastique et fermé de manière étanche par une plaque frontale fabriquée également de préférence en matière plastique. La plaque frontale 5, circulaire comporte un ajutage de raccor- dement 7, prévu en son centre et venant en saillie à l'extérieur (par rapport à l'intérieur du boîtier); cet aju- tage se poursuit par un ajutage d'entrée 9, central, venant en saillie vers l'intérieur. Les deux ajutages sont munis d'un passage réalisant la communication de fluide entre l'extérieur et l'intérieur du boîtier 3. La figure montre que le passage de l'ajutage de branchement 7 est en forme de perçage conique; la surface de la section diminue vers l'intérieur du boîtier. Contrairement à cela, le passage 9 est un perçage conique dont la surface la section augmente vers l'intérieur du boîtier. Pour brancher une conduite d'alimentation en forme de tuyau, l'extrémité de l'ajutage 7 opposée à la pla- que frontale comporte une saillie annulaire 11 servant de moyen d'accrochage. La paroi intérieure 13 de l'ajutage d'entrée 9 est revêtue d'une électrode 15 reliée à une source de haute tension non représentée. L'électrode 15 est ainsi de forme tubulaire; du fait de sa section, cette électrode est appe- lée électrode annulaire. Comme son épaisseur de paroi est constante dans la direction longitudinale, l'électrode annu- laire 15 présente une surface de section traversée par le fluide qui augmente vers l'intérieur du boîtier. De manière préférentielle, l'angle au sommet de la surface enveloppe de l'électrode annulaire, c'est-à-dire l'angle a est compris en- tre 10 et 20 . Une électrode 17 en forme de surface est prévue à l'intérieur du boîtier 3; la surface de cette électrode est dirigée transversalement à l'axe longitudinal de l'ajutage d'entrée 9 et ainsi de la direction d'arrivée du fluide. L'électrode a une forme de cône dont la pointe est tournée vers la plaque frontale 5. Une zone de bord 19, annulaire est recourbée vers la plaque frontale 5 et s'étend essentielle- ment de manière parallèle à l'axe longitudinal de l'électrode 17 conique. L'extension longitudinale de la zone de bord 19 correspond pour l'essentiel à la hauteur de l'électrode coni- que 17. Ainsi, l'électrode 17 présente en section une forme de M. Il est avantageux d'avoir comme angle d'ouverture formé par la surface enveloppe de l'électrode conique, un angle compris entre 100 et 1400. L'électrode conique 17 est égale- ment reliée à la source de haute tension non représentée; les deux électrodes 15, 17 sont à une polarité différente. La figure montre en outre que le diamètre de l'électrode conique 17 est considérablement plus grand que le plus grand diamètre intérieur de l'électrode annulaire 15. Le diamètre de l'électrode conique 17 est toutefois légèrement inférieur au diamètre intérieur correspondant du boîtier 3 de manière à former un intervalle annulaire 21. Du côté de l'électrode conique 17 opposée à l'axe frontal 5 appelée ci-après de manière abrégée électrode coni- que, il est prévu un dispositif de déviation de gaz 23 qui comprend un boîtier 25 et une conduite 27. Le boîtier 25 de préférence cylindrique présente une surface frontale 29 éga- lement conique adaptée à la forme de l'électrode conique. La face frontale opposée du boîtier 25 est fermée par un élément séparateur 31. L'élément séparateur 31 est constitué de pré- férence par un treillis de fil ou encore par du fil ou un non-tissé de polyester perméable à un fluide gazeux. Un volume 33 délimité par le boîtier 25 et les deux surfaces frontales 31, 39 communique avec la conduite 27 sortant du boîtier 3. Une autre conduite 35 débouchant à l'extérieur est prévue dans le boîtier 3 au niveau de la plaque frontale 5. La conduite 35 revient à la bâche à huile du moteur et sert à recueillir l'eau collectée par l'électrode conique 17. La figure montre également que la surface de l'électrode conique 17 tournée vers l'ajutage d'entrée 9 est réalisée pour permettre à l'huile accumulée sur l'électrode de couler dans la direction de la conduite 35. Le dispositif séparateur d'huile fonctionne de la manière suivante: Le mélange huile/gaz à nettoyer arrive par l'ajutage d'entrée 7 et circule en direction de l'intérieur du boîtier comme cela est indiqué par une flèche 37. Lors- qu'on atteint l'ajutage d'entrée 9, le mélange huile/gaz ar- rive dans la zone d'action de l'électrode annulaire 15 qui charge électriquement les gouttelettes d'huile et de liquide. Du fait de l'augmentation de la section de passage, la vi- tesse d'écoulement du gaz arrivant à l'intérieur du boîtier diminue; le temps de parcours par l'électrode augmente avec pour résultat une augmentation du nombre de gouttelettes d'huile et de liquide ainsi chargées. En aval de l'électrode annulaire 15, le mélange huile/gaz arrive sur la surface de l'électrode conique 17 tournée vers l'ajutage d'entrée 9. Du fait de la polarité in- versée, cette électrode conique 17 attire les gouttelettes d'huile et de liquide, chargées et assure leur séparation du gaz circulant en direction de l'intervalle annulaire 21. En réglant la vitesse de choc du mélange huile/gaz, il faut veiller à ce que la force électrostatique exercée par les électrodes sur les gouttelettes d'huile soit supérieure à la force exercée par le flux de gaz balayant l'électrode. Les gouttelettes d'huile et de liquide collectées par l'électrode conique 17 forment des gouttelettes de li- quide qui grandissent et du fait de la gravité, ces goutte- lettes gouttent à cause de la géométrie appropriée de l'électrode conique 17 pour ré-alimenter le moteur par la conduite 35. Le flux de gaz nettoyé au moins en grande partie de l'huile et du liquide, s'écoule radialement vers l'extérieur sur la contre- électrode; ce flux passe la zone du bord 19 et traverse l'intervalle annulaire 21 dans la di- rection opposée à celle de la plaque frontale 5 du boîtier 3. La zone de bord 19, recourbée sert d'obstacle et de frein pour le flux de gaz de sorte que les gouttelettes d'huile et de liquide, chargées, se trouvent suffisamment longtemps dans la zone d'action de l'électrode conique pour être effective- ment captées par celle-ci. Après que le gaz ait traversé l'intervalle annu- laire 21, il circule en direction du volume intérieur 33 du dispositif d'évacuation de gaz 25 et parcourt ainsi l'élément séparateur 31. Cet élément séparateur constitué par un treillis de fils ou de fils ou de non-tissé de polyester sert à séparer les résidus de liquide et d'huile qui pourraient subsister dans le flux de gaz. A partir du volume intérieur 33, le gaz nettoyer arrive dans la conduite 27 et par celle-ci il sort du dispo- sitif séparateur d'huile et revient dans le procédé de com- bustion. Ce dispositif séparateur d'huile permet d'arriver à des résidus d'huile non séparés dans le mélange huile/gaz inférieur à 0,015 g/kW/h. De plus, grâce à sa construction simple et compacte, le dispositif séparateur d'huile peut par exemple s'intégrer dans le cas de culasses de cylindre dans la partie en fonte injectée de la culasse. Pour le reste, il est également très facile d'équiper des moteurs déjà fabri- qués en série avec ce dispositif séparateur d'huile car les pièces utilisées peuvent s'adapter facilement à l'emplacement de montage disponible. R E V E N D I C A T I 0 NS 1 ) Dispositif séparateur d'huile notamment dans des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, pour séparer l'huile du mélange huile/gaz, comprenant un élément sépara- teur d'huile placé dans un boîtier (3), caractérisé en ce que l'élément séparateur d'huile comprend une première électrode (15) et une seconde électrode (17) reliées chacune à une source de haute tension, les deux électrodes étant placées dans le chemin de circulation du mélange huile/gaz et se trouvant à une polarité différente. 2 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première électrode (15) est une électrode annulaire de forme tubulaire parcourue par le mélange huile/gaz. 3 ) Dispositif séparateur d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde électrode (17) est une électrode de surface située en aval de la première électrode (15). 4 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde électrode (17) est disposée transversalement à la direction d'écoulement du mélange huile/gaz de sorte que le mélange bute sur l'électrode (17). 5 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode annulaire (15) comporte une surface de section d'écoulement croissante dans la direction de l'écoulement. 6 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode annulaire (15) a un angle d'ouverture (a) com- pris entre 10 et 20 . 7 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde électrode (17) est de forme conique. 8 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'angle au sommet formé par la surface enveloppe de l'électrode conique (17) est un angle (f) compris entre 100 et 1400. ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 7 et 8, caractérisé en ce que la pointe de l'électrode conique est dirigée vers la première électrode (15). ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes (15; 17) sont disposées l'une par rap- port à l'autre pour que leurs axes de symétrie coïncident. 11 ) Dispositif séparateur d'huile selon l'une quelconque des revendications 1 et 10, caractérisé en ce que la seconde électrode (17) comporte un bord (19) recourbé, pa- rallèlement à l'axe de symétrie par rapport à la première électrode (15). 12 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé par un dispositif d'évacuation (35) recevant l'huile s'écoulant de la seconde électrode (17) pour l'évacuer. 13 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde électrode comporte un dispositif de déviation de gaz (23) traversé par le gaz nettoyé provenant du dispositif séparateur d'huile. 14 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif d'évacuation de gaz (23) comporte un boîtier (25) d'o vient en saillie une conduite (27) sortant du dis- positif séparateur d'huile (1). ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 14, caractérisé en ce que le boîtier (25) du dispositif de guidage de gaz d'échappement (23) est fermé par un autre élément séparateur (31) de préfé- rence sous la forme d'un treillis de fils et/ou de fils ou d'un non-tissé de polyester. 16 ) Dispositif séparateur d'huile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est réalisé en matière plastique.