Brevet FR2826691A1 — publié le 20030103

Circuit de réaspiration des gaz de carter d'un moteur à combustion interne La présente invention concerne un circuit de réaspiration des gaz de carter d'un moteur à combustion interne. Dans les moteurs à combustion interne, le manque d'étanchéité entre la chambre de combustion et le carter fait que ce dernier se remplit progressivement de gaz de fuite ou gaz de carter, qu'il convient d'évacuer pour éviter une montée en pression. Jadis, ces gaz étaient directement rejetés à l'atmosphère mais un souci croissant pour l'environnement a depuis mené au développement de circuits pour la réaspiration de ces gaz, c'est-à-dire pour leur réintroduction à la combustion, dans le moteur. Ainsi, dans les Techniques de l'Ingénieur (Volume BL2-Génie Mécanique - Technologie des moteurs alternatifs à combustion interne-B 2800 par Christian Clos-Edition 1996), on préconise le recours à deux circuits de réaspiration : un circuit primaire, qui relie le piquage des gaz de carter à la tubulure d'admission d'air en aval du papillon, et qui fonctionne principalement à bas régime, lorsque le papillon est (presque) fermé ; et un circuit secondaire, qui relie le piquage des gaz de carter au filtre à air, et qui fonctionne principalement à haut régime, lorsque le papillon est ouvert. Pour éviter une dépression trop importante dans le carter, qui mènerait à l'aspiration d'huile, on peut placer un limiteur de dépression (vanne à membrane) sur le circuit primaire. Toutefois, cette manière de procéder implique un grand nombre de pièces et de raccords et son design n'est pas optimisé en fonction d'un moteur donné. La demande de brevet EP 724206 propose un circuit amélioré comprenant une vanne à membrane munie d'une embouchure pouvant être reliée au piquage des gaz des carters et d'une autre embouchure pouvant être montée directement sur le collecteur d'admission. Un tel circuit implique toujours la fixation d'une pièce séparée sur le collecteur lors du montage du véhicule, avec les risques de fuites qui en résultent. En outre, il est relativement lourd et coûteux et n'est pas davantage optimisé pour un moteur donné, la vanne étant une vanne standard avec une large plage d'utilisation. La présente invention a donc pour objet un circuit de réaspiration des gaz de carter d'un moteur à combustion interne, qui minimise le nombre de pièces à assembler lors du montage du véhicule, minimisant ainsi également le risque de fuites, et dont il est facile d'optimiser le design en fonction d'un moteur donné. La présente invention concerne dès lors un circuit de réaspiration des gaz de carter d'un moteur à combustion interne équipé d'un collecteur d'admission pourvu d'un boîtier papillon et d'un couvre-culasse, dans lequel une vanne permet de réguler au moins en partie le débit de réaspiration des gaz de carter, ladite vanne comprenant un ressort et une membrane qui divise la vanne en deux compartiments distincts, l'un communiquant avec l'atmosphère et l'autre avec le collecteur d'admission en aval du boîtier papillon et avec un piquage des gaz de carter, caractérisé en ce que le compartiment communiquant avec le collecteur et avec le piquage des gaz de carter est intégré au collecteur d'admission et/ou au couvre-culasse, et en ce que la membrane permet d'assurer l'étanchéité d'une partie du collecteur et/ou du couvre-culasse vers l'atmosphère. Par moteur à combustion interne, on entend désigner un moteur à explosion comprenant au moins un cylindre dans lequel coulisse un piston animé d'un mouvement alternatif qui est transformé en mouvement de rotation au moyen d'un circuit bielle-manivelle et dans lequel l'énergie chimique de combustion d'un carburant est transformée en énergie cinétique de rotation d'un arbre. La présente invention s'applique à tout type de moteur à combustion interne, mais de préférence à des moteurs de véhicules et en particulier, de véhicules automobiles à essence qui comprennent un collecteur d'admission pourvu d'un boîtier papillon dont le but est de réguler l'alimenter de l'air de combustion aux cylindre du moteur. Ces moteurs sont en outre équipés d'un carter qui comprend l'huile de lubrification et d'un couvre-culasse qui coiffe la culasse du moteur (où l'huile est injectée) et qui assure l'étanchéité ainsi qu'une isolation thermique et phonique vis à vis de l'extérieur. Le carter et le couvre-culasse communiquent généralement entre eux et constituent un circuit dans lequel circulent les gaz de carter. Selon l'invention, ces gaz sont prélevés dans le circuit carter/couvre-culasse au moyen d'un piquage généralement effectué à sa partie supérieure. La vanne qui régule le débit de réaspiration des gaz de carter selon la présente invention est une vanne à membrane, c'est-à-dire qu'elle comprend une membrane et un ressort dont le mouvement relatif mène soit à l'ouverture, soit à l'obturation d'une communication entre le piquage des gaz de carter et le collecteur. La membrane partage la vanne en deux compartiments : un communiquant avec l'atmosphère, et l'autre avec le collecteur d'admission et le piquage des gaz de carter. Selon l'invention, la membrane sert également à assurer l'étanchéité d'une partie du collecteur et/ou du couvre-culasse vers l'atmosphère et ce faisant, permet une économie de matière (la paroi du collecteur et/ou du couvreculasse étant interrompue à cet endroit). La présente invention permet avantageusement de supprimer le circuit de réaspiration secondaire moyennant un dimensionnement adéquat, qui sera détaillé ci-après. Dans ce cas, l'entièreté du débit de réaspiration est régulé par la vanne décrite ci-dessus. Selon une première variante de la présente invention, illustrée de manière non limitative par la figure 1, le collecteur (1) et le couvre-culasse (non représenté) sont des pièces séparées et la vanne est intégrée au collecteur. Dans ce cas, le compartiment (2) communiquant avec le collecteur (1) et le piquage des gaz de carter (non représenté) via une tubulure de raccord (3) est intégré au collecteur d'admission, la membrane (4) servant à la fois à assurer l'étanchéité du collecteur et à réguler le débit de réaspiration, conjointement avec le ressort (5). En effet, il y a constamment équilibre entre la force exercée par la pression atmosphérique d'un côté de la membrane (compartiment 6) et les forces exercées de l'autre côté (compartiment (2)) par la dépression dans le carter, par la dépression dans le collecteur et par le ressort. Le dimensionnement des éléments de cette vanne (diamètre utile de la membrane, débattement de la membrane (fonction de sa rigidité), diamètre des orifices de communication, dureté du ressort...) est optimisé en fonction d'un moteur donné afin de permettre son intégration directe au collecteur d'admission. Une telle optimisation (sur banc moteur par exemple) permet en effet de réduire fortement la taille de la membrane et d'assurer une bonne régulation pour tous les points de fonctionnement du moteur. En ce qui concerne le gain de matière et de nombre de pièces, on constatera que le circuit selon cette variante de l'invention est réduit à l'essentiel : il comporte essentiellement un couple membrane/ressort, un boîtier (7), un raccord vers le piquage des gaz de carter (3) et des moyens de fixation (tels que des colliers de serrage) de ce raccord respectivement sur la vanne et sur le piquage (non représentés). Le boîtier (7) peut être fixé de toute manière appropriée sur le collecteur, par exemple par clipage ou soudage. Avantageusement, afin d'éviter l'usure de la membrane et donc, une fois de plus, d'en optimiser les dimensions, la membrane peut comprendre un renfort (8) en son centre, la où elle entre en contact avec l'orifice vers le collecteur (9), cet orifice étant en fait généralement l'extrémité d'une tubulure. Le renfort peut être un insert, de préférence en en matériau plus rigide que celui constituant la membrane. Selon une seconde variante de la présente invention, le collecteur et le couvre-culasse sont également des pièces séparées, mais la vanne est cette fois intégrée au couvre-culasse. Dans ce cas, le volume (1) de la figure 1 est le volume situé entre la culasse et le couvre-culasse, et le raccord (3) relie cette fois la vanne au collecteur, toutes autres choses étant équivalentes à celles selon la première variante décrite. Selon une troisième variante, préférée, de la présente invention, le collecteur d'admission et le couvre-culasse sont intégrés, c'est-à-dire qu'ils comportent au moins une paroi commune. Cette variante, illustrée de manière non limitative à la figure 2, permet de réduire encore le nombre de pièces par rapport aux autres variantes, puisqu'elle permet d'économiser le raccord soit vers le piquage des gaz de carter (variante 1) soit vers le collecteur (variante 2) ainsi que les moyens de fixation de ce raccord. En effet, il suffit de positionner la vanne à cheval sur le collecteur et sur le couvre-culasse et de permettre un piquage direct des gaz de carter sous le couvre-culasse, via un orifice (10) dans la partie inférieure du boîtier (7) située sous le couvre-culasse. Dans la figure 2, (1) représente le volume interne du collecteur d'admission et (1') représente le volume compris entre la culasse et le couvre-culasse. Un tel circuit entièrement intégré (collecteur, couvreculasse et circuit de réaspiration) ne présente qu'un seul élément à fixer lors du montage du véhicule et comme il est optimisé en fonction de chaque type de moteur, il permet de réduire au maximum les rejets vers l'atmosphère tout en réduisant le poids et la taille des pièces. Les matériaux constitutifs des éléments du circuit selon l'invention sont choisis en fonction de leur poids, de leur résistance mécanique et de leur ouvrabilité, selon leur fonction et leur design. Ainsi, notamment pour réduire le poids de l'ensemble et faciliter sa réalisation, il peut s'avérer avantageux de choisir des matières plastiques dès que possible, c'est-à-dire pour la majorité des pièces, à l'exception peut-être du ressort et des colliers de serrage. Par exemple, la membrane et le raccord vers le piquage sont de préférence à base d'un élastomère (tel qu'un caoutchouc silicone, fluoro-silicone ou modifié acrylique (ACM)), et de préférence, d'un élastomère fluoré si l'environnement l'exige ; les colliers de serrage et le ressort sont souvent en un métal résistant à l'environnement sous le capot moteur et à des brouillards salins ; et le boîtier de la vanne est avantageusement à base d'une matière thermoplastique telle qu'un polyamide ou une polyoléfine, mais de préférence un polyamide. Cette matière plastique est de préférence renforcée au moyen d'une charge telle que des fibres de verre. Le boîtier est généralement réalisé par moulage, le moulage par injection convenant particulièrement bien. La présente invention concerne également un collecteur d'admission intégré pour moteur à combustion interne, le dit collecteur intégrant la vanne du circuit selon la première variante de l'invention. La présente invention concerne en outre un couvre-culasse intégré pour moteur à combustion interne, le dit couvre-culasse intégrant la vanne du circuit selon la seconde variante de l'invention. La présente invention concerne aussi un collecteur d'admission/couvreculasse intégré pour moteur à combustion interne, le dit collecteur/couvre-culasse intégrant la vanne du circuit selon la troisième variante de l'invention. La présente invention concerne aussi un procédé pour la conception d'un circuit de réaspiration de gaz de carter d'un moteur à combustion interne tel que décrit précédemment. Ce procédé consiste à optimiser les paramètres (géométrie, matériaux...) de la vanne décrite précédemment en fonction des paramètres de fonctionnement d'un moteur, grâce à l'utilisation d'un banc moteur. Par banc moteur, on entend désigner un banc d'essai qui permet, en fonction des points caractéristiques du moteur (fonction du régime et du couple) d'imposer un débit de réaspiration des gaz de carter et une dépression à l'admission. On mesure alors la valeur de la dépression au niveau du carter et on compare la valeur avec celle du cahier des charges du constructeur du véhicule. La présente invention concerne enfin une vanne à membrane pour un circuit de réaspiration, un collecteur d'admission et/ou un couvre-culasse intégrés tels que décrits précédemment, cette vanne étant de préférence principalement en matière plastique. Par principalement en matière plastique , on entend que le boîtier de la vanne est en matière plastique, de préférence moulable par injection (tel qu'un polyamide ou une polyoléfine, éventuellement chargé (e) de fibres de verres), et que la membrane est également en matière plastique mais de préférence, en un élastomère siliconé ou non, éventuellement fluoré. REVENDICATIONS 1-Circuit de réaspiration des gaz de carter d'un moteur à combustion interne équipé d'un collecteur d'admission pourvu d'un boîtier papillon et d'un couvre-culasse, dans lequel une vanne permet de réguler au moins en partie le débit de réaspiration des gaz de carter, ladite vanne comprenant un ressort et une membrane qui divise la vanne en deux compartiments distincts, l'un communiquant avec l'atmosphère et l'autre avec le collecteur d'admission en aval du boîtier papillon et avec un piquage des gaz de carter, caractérisé en ce que le compartiment communiquant avec le collecteur et avec le piquage des gaz de carter est intégré au collecteur d'admission et/ou au couvre-culasse, et en ce que la membrane permet d'assurer l'étanchéité d'une partie du collecteur et/ou du couvre-culasse vers l'atmosphère. 2-Circuit selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'entièreté du débit de réaspiration est régulable par la vanne. 3-Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le collecteur et le couvre-culasse sont des pièces séparées et en ce que la vanne est intégrée au collecteur. 4-Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le collecteur et le couvre-culasse sont des pièces séparées et en ce que la vanne est intégrée au couvre-culasse. a 5-Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le collecteur d'admission et le couvre-culasse comportent au moins une paroi commune et en ce que la vanne est positionnée à cheval sur le collecteur et sur le couvre-culasse afin de permettre le piquage direct des gaz de carter sous le couvre-culasse. 6-Collecteur d'admission intégré pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il intègre la vanne du circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.