Brevet FR2826058A1 — publié le 20021220

L'invention concerne un dispositif d'aspiration pour l'air de combustion d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique, notamment pour le moteur thermique dans un outil de travail man#uvré à la main tel qu'une tronçonneuse à meule, une tronçonneuse à chaîne ou outil similaire, qui comprend un carter de filtre présentant un filtre à air pour l'épuration de l'air de combustion, un carburateur du moteur thermique étant relié sur le plan fluidique à la chambre côté épuré du carter de filtre, et qui comprend également une ouverture d'entrée dans la chambre des impuretés du carter de filtre, ainsi qu'un ventilateur pour l'amenée d'air de combustion dans le carter de filtre. Le document DE 44 35 430 décrit un dispositif d'aspiration pour un moteur thermique d'un outil de travail man#uvré à la main, à savoir une tronçonneuse à chaîne, un ventilateur d'air de refroidissement de la tronçonneuse à chaîne refoulant de l'air dans un carter de filtre à air. La chambre côté épuré du filtre à air est reliée à un canal d'aspiration d'un carburateur du moteur thermique. De l'air environnant chargé de poussière est aspiré par l'intermédiaire d'une ouverture d'entrée dans la chambre des impuretés du carter de filtre, s'écoule à travers le filtre à air et est amené à l'écoulement d'air de refroidissement par l'intermédiaire d'une ouverture de sortie du carter de filtre. En fonction des conditions environnantes du lieu d'utilisation, le filtre à air est alimenté d'une manière extrême en poussière. Lors du fonctionnement du dispositif d'aspiration, il apparaît en conséquence, des résistances à l'écoulement différentes en fonction de l'épaisseur de couche de la poussière accumulée déposée. Le fonctionnement du moteur thermique peut s'en trouver affecté. Le but de l'invention consiste à fournir un dispositif d'aspiration pour l'air de combustion d'un moteur thermique, qui garantisse un fonctionnement sans perturbations du moteur thermique, même dans les conditions d'un environnement très poussiéreux. Ce but est atteint pour un dispositif d'aspiration du type de celui mentionné en introduction, grâce au fait que le dispositif d'aspiration comprend un séparateur centrifuge qui divise l'écoulement de l'air de combustion en un écoulement central à faible densité de particules et en un écoulement périphérique à densité de particules plus élevée entourant l'écoulement central, l'écoulement central étant essentiellement amené à la chambre des impuretés du carter de filtre, et l'écoulement périphérique étant évacué. En vue d'empêcher un colmatage du filtre à air, notamment dans le cas d'une teneur en poussière élevée dans l'air environnant d'un outil de travail entraîné par moteur et man#uvré à la main, on place en amont du carter de filtre, un séparateur centrifuge. Lors du fonctionnement du séparateur centrifuge, il apparaît à l'intérieur du séparateur centrifuge, un écoulement central à faible densité de particules, c'est à dire une zone pauvre en poussière, et un écoulement périphérique entourant l'écoulement central. L'écoulement périphérique présente ici une densité de particules plus élevée avec des particules d'un diamètre moyen plus important. L'écoulement d'air nécessaire à la séparation dans le séparateur centrifuge est ici engendré par le ventilateur d'air de refroidissement. L'écoulement central du séparateur centrifuge est dirigé vers la chambre des impuretés du carter de filtre, tandis que l'écoulement périphérique du séparateur centrifuge est évacué, de préférence par l'intermédiaire du côté aspiration d'un ventilateur. Il en résulte que l'air pauvre en poussière sort et s'écoule vers le filtre à air, qui ne peut plus se colmater aussi rapidement avec la poussière. Cela constitue un énorme avantage dans le cas des tronçonneuses à meule, qui engendrent une formation de poussière très importante au niveau des outils de meulage et de tronçonnage. Selon une configuration avantageuse de l'invention, l'écoulement périphérique est évacué par l'intermédiaire d'un ventilateur, de préférence un ventilateur d'air de refroidissement du moteur thermique. Dans le cas d'un moteur thermique refroidi par air, il s'avère donc rationnel d'utiliser son ventilateur d'air de refroidissement pour produire l'écoulement d'air à travers le séparateur centrifuge. Dans ce cas, le ventilateur d'air de refroidissement est avantageusement un ventilateur à aubes ou ailettes arrière, la roue de ventilateur du ventilateur d'air de refroidissement étant donc pourvue d'aubes ou d'ailettes de ventilateur sur son côté arrière. En guise de séparateur centrifuge, il s'avère avantageux d'utiliser des cyclones, de préférence des cyclones du type axial ou des turbo-filtres et appareils similaires. Les cyclones de type axial et les turbo-filtres se caractérisent par un carter de forme cylindrique, tandis que les cyclones présentent un tronçon de carter se rétrécissant de manière conique. Tous les séparateurs centrifuges ont en commun le fait qu'en fonctionnement, il s'établit un mouvement de révolution de l'air avec de faibles vitesses de trajectoire au centre du séparateur centrifuge et des vitesses périphériques ou vitesses de trajectoire élevées dans la région de bordure. Il s'avère rationnel, que le séparateur centrifuge soit pour l'essentiel réalisé d'un seul tenant avec le carter de filtre. De cette manière, on obtient un mode de construction compact de l'ensemble du dispositif d'aspiration. L'écoulement central est ici de préférence prélevé du séparateur centrifuge au moyen d'un tube plongeur, qui est disposé à une extrémité axiale du séparateur centrifuge. L'écoulement périphérique est prélevé de manière tangentielle du séparateur centrifuge. Il s'avère avantageux pour des raisons de montage, de réaliser le carter de filtre en deux parties, à savoir des parties sensiblement en forme de demi coque. Dans l'état monté du carter de filtre, les parties de carter de filtre en forme de demi coque sont assemblées de manière étanche par vissage ou d'une autre manière, par complémentarité de forme ou par adhérence. Le tube plongeur dans le séparateur centrifuge est ici réalisé d'un seul tenant avec une partie du carter de filtre, de préférence avec un couvercle du carter de filtre, qui est situé sur le côté de ce carter éloigné du carburateur. La seconde partie du carter de filtre est de préférence fixée à un flasque du carburateur du moteur thermique. Selon une autre configuration d'un dispositif d'aspiration, le séparateur centrifuge est un cyclone axial, lequel est alimenté axialement avec un écoulement d'air de combustion, au moyen du ventilateur, de préférence le ventilateur d'air de refroidissement du moteur thermique. Selon cette configuration, on utilise donc un cyclone axial pour le nettoyage primaire de l'air de combustion. Le cyclone axial est formé d'un carter de forme cylindrique, à la première extrémité axiale duquel est placé un dispositif de guidage ou déflecteur, à l'intérieur du carter. Sur le dispositif de guidage est envoyé par un ventilateur, un écoulement d'air de combustion chargé d'impuretés à l'extérieur du cyclone axial, le dispositif de guidage conférant à cet air de combustion entrant, un mouvement de rotation à l'intérieur du carter. Il se forme à cette occasion, un écoulement central à faible densité de particules et un écoulement périphérique entourant l'écoulement central et présentant une densité de particules plus élevée que celle de l'écoulement central. A une seconde extrémité axiale du cyclone axial, située en aval, un tube plongeur, de préférence de forme cylindrique, s'engage axialement dans le carter. Par l'intermédiaire du tube plongeur, l'écoulement central est amené à la chambre d'impuretés du carter de filtre. L'écoulement périphérique quitte le cyclone radialement par une ouverture au niveau de la seconde extrémité axiale du cyclone axial. A cette occasion, l'écoulement périphérique évacue de la poussière, de sorte que l'air de combustion est débarrassé des particules les plus grosses par le cyclone axial. La longueur du cyclone axial est environ égale au double de son diamètre. Des exemples de réalisation de l'invention vont être décrits de manière détaillée dans la suite, et sont représentés sur les dessins annexés, qui montrent : Fig. 1 une vue schématique d'un dispositif d'aspiration conforme à l'invention, Fig. 2 une vue d'un séparateur centrifuge, selon un éclaté, Fig. 3 une représentation schématique d'un dispositif d'aspiration comprenant un cyclone axial, Fig. 4 une vue en perspective d'un cyclone axial, Fig. 5 une vue en perspective d'un dispositif de guidage ou déflecteur. La figure 1 montre selon une vue schématique, un dispositif d'aspiration 1 pour l'air de combustion 2 dans un moteur à combustion interne ou moteur thermique 3 d'un outil de travail 4 représenté partiellement. En service, de tels outils de travail, notamment des tronçonneuses à meule, produisent au niveau de leur outil de coupe, des impuretés, telles que des poussières ou similaires. Les impuretés peuvent être formées de particules organiques ou non organiques, telles que par exemple de la poudre de pierre ou des copeaux métalliques. L'air de combustion 2 aspiré par le moteur thermique 3 doit être épuré avant de pénétrer dans la chambre de combustion du moteur thermique 3, en vue d'éviter l'usure. A cet effet, le carburateur 7 est doté d'un dispositif d'aspiration 1 qui est constitué d'un séparateur centrifuge 13 et d'un carter de filtre 5 avec un filtre à air 6. Pour l'amenée d'air de combustion dans le dispositif d'aspiration 1, il est prévu un ventilateur 12. De manière rationnelle, on utilise en guise de ventilateur 12, un ventilateur d'air de refroidissement 18, à savoir un ventilateur radial 19 à aubes ou ailettes arrière. Sur le dessin on aperçoit la roue de ventilateur 25 du ventilateur radial 19 à aubes arrière. La roue de ventilateur 25 est pourvue sur ses deux côtés 26,27, d'aubes de ventilateur 28 s'étendant axialement et radialement. La roue de ventilateur 25 est ici fixée à l'une des extrémités 29 du vilebrequin du moteur thermique 3. Elle sert simultanément de roue polaire pour un système d'allumage du moteur thermique 3. Dans l'état monté du moteur thermique 3, la roue de ventilateur 25 est recouverte par un couvercle de carter. En cours de fonctionnement du moteur thermique 3, la roue de ventilateur 25 tourne dans le sens de rotation 31. Elle refoule à cette occasion, à partir de sa région axiale 32, c'est à dire le côté aspiration 11, de l'air dans la direction radiale. A l'aide du couvercle de carter non représenté, l'écoulement d'air de refroidissement est dirigé sur les ailettes de refroidissement 30 du moteur thermique 3. Un tube d'évacuation courbé 33 s'étend tangentiellement du séparateur centrifuge 13 vers un côté aspiration du ventilateur à aubes arrière 19. Lorsque le ventilateur 19 est en fonctionnement, il s'établit dans le tube d'évacuation 33, une dépression qui se propage par l'intermédiaire de l'intérieur du séparateur centrifuge 13, à travers un tube d'aspiration 35 débouchant à une extrémité axiale 34 du séparateur centrifuge 13. La dépression existe également au niveau d'une ouverture d'aspiration 36 du tube d'aspiration 35. De l'air de combustion 2 est aspiré de l'environnement de l'outil de travail 4 à travers l'ouverture 36, en commun avec de la poussière 37 contenue dans l'air, et parvient par l'intermédiaire du tube d'aspiration 35, à l'intérieur du séparateur centrifuge 13. Dans le carter 38 du séparateur centrifuge 13, qui, en vue extérieure, présente une forme parallélépipédique et est de forme cylindrique à l'intérieur, l'air de combustion 2 entrant est mis en mouvement, à savoir un mouvement de rotation, un écoulement central 14 s'établissant au centre du séparateur centrifuge, et un écoulement périphérique 16 qui entoure radialement l'écoulement central 14 s'établissant autour de ce dernier. L'écoulement central 14 présente, par rapport à l'écoulement périphérique 16, une densité de particules 15 inférieure à la densité de particules 17 de l'écoulement périphérique 16. De plus, les diamètres moyens des particules dans l'écoulement central, sont notamment sensiblement inférieurs aux diamètres moyens des particules dans l'écoulement périphérique 16. L'écoulement périphérique 16 est, comme le montre également la figure 2 sur une vue schématique d'un séparateur centrifuge 13, amené tangentiellement au ventilateur 19 par l'intermédiaire du tube d'évacuation 33. Ainsi, la masse principale de la poussière parvenant dans le tube d'aspiration 35 à travers l'ouverture 36, est à nouveau évacuée du séparateur centrifuge 13 après avoir traversé une partie de la longueur du carter 38 du séparateur centrifuge 13. L'écoulement central 14 se déplace à l'intérieur du séparateur centrifuge 13 selon un mouvement de rotation et un mouvement axial, traverse une extrémité 39 du carter 38du séparateur centrifuge 13, qui est opposée à l'extrémité axiale 34, et est amené au filtre à air 6. Dans l'exemple de réalisation montré, le carter de filtre 5 est en deux parties, à savoir une partie inférieure 22 en forme de demi coque, de tracé de base parallélépipédique, et un couvercle 24 en forme de demi coque de tracé de base sensiblement de même grandeur. Sur le couvercle 24 est formée d'un seul tenant, une liaison d'écoulement de fluide 41 vers le séparateur centrifuge 13. Dans l'exemple de réalisation montré sur la figure 1, cette liaison d'écoulement de fluide 41 est formée en tant que tube plongeur pour le séparateur centrifuge 13 montré sur la figure 2. Le tube plongeur sert au prélèvement de l'écoulement central 14 du séparateur centrifuge 13, et pour l'amenée de l'écoulement central 14 dans une chambre d'impuretés 42 du filtre à air 6. Le prélèvement de l'écoulement central 14 dans le séparateur centrifuge 13 s'effectue ici en raison de l'effet d'aspiration du moteur thermique 3 lors de l'aspiration du mélange carburantair, par l'intermédiaire du carburateur 7, dans le carter de vilebrequin ou une chambre de combustion du moteur thermique 3. La figure 2 montre selon un éclaté, un séparateur centrifuge 13. A l'extrémité axiale 39 du carter 38, on peut voir le tube plongeur 21 qui, dans l'exemple de réalisation montré, s'engage dans le carter 38 du séparateur centrifuge, sur une longueur d'environ 1/8 à 1/10 de la longueur axiale de ce carter 38. A l'inverse du séparateur centrifuge montré sur la figure 1, le tube d'évacuation 33 se situe à proximité immédiate du tube plongeur 21, dans une position tangentielle par rapport à ce dernier, et débouche dans l'espace annulaire entre le tube plongeur 21 et le carter. Les composants du dispositif d'aspiration 1, tels que le tube d'aspiration 35, le carter 38 du séparateur centrifuge 13, ainsi que les parties 23 et 22 du carter de filtre 5 et le tube d' évacuation 33, sont de préférence réalisés en matière plastique. A la place du carter de filtre en deux parties montré sur la figure 1, dont les deux parties 22 et 23 sont assemblées de manière étanche par vissage ou rivetage, il peut s'avérer avantageux de réaliser d'un seul tenant, le carter de filtre 5 et des parties du carter 38 du séparateur centrifuge 13. A la place du cyclone utilisé dans l'exemple de réalisation, il est également possible d'utiliser en guise de séparateur centrifuge 13, des cyclones de type axial ou des turbo-filtres. Il peut s'avérer utile de placer en amont du carter de filtre 5, plusieurs séparateurs centrifuges en parallèle ou en série. De cette manière, il est possible, à l'aide du ventilateur 19, de séparer de l'air de combustion 2 aspiré, une charge importante de poussière, avant que l'air de combustion soit amené au filtre à air 6. La figure 3 montre selon une vue schématique, un autre dispositif d'aspiration 1 pour l'air de combustion 2 d'un moteur thermique. A l'inverse du dispositif d'aspiration montré sur la figure 1, on utilise un cyclone axial 20 dans l'exemple de réalisation selon la figure 3. Le cyclone axial 20 est formé d'un carter 38 de forme cylindrique, dont la longueur axiale 43 est environ égale au double de son diamètre 44. Le cyclone axial 20 présente une longueur 43 d'environ 80 mm et un diamètre d'environ 30 mm. Le carter 38 est ici réalisé en une matière plastique, de préférence une matière plastique thermoplastique. Le ventilateur 12 réalisé sous forme de ventilateur radial, refoule de l'air de combustion 2 en commun avec des impuretés 37, vers une première extrémité axiale 45 du cyclone axial 20. A l'extrémité axiale 45 du carter 38, a l'intérieur du carter 38, est fixé un dispositif de guidage ou déflecteur 46 (figure 5) sous la forme d'une roue de ventilateur axial 47. La roue de ventilateur axial 47 couvre ici sensiblement la section intérieure libre du carter 38. La roue de ventilateur 47, qui est montrée selon une vue en perspective sur la figure 5, confère, avec ses six ailettes 49 disposées sur son moyeu avec un angle d'incidence d'environ 30 , un mouvement de rotation à l'air de combustion 2, à l'intérieur du carter 38. Il se forme alors un écoulement périphérique 16 renfermant une part importante de la poussière 37. L'écoulement périphérique 16 entoure un écoulement central 14 au centre 50 du carter 38. La densité de particules 17 de l'écoulement périphérique 16 est supérieure, de préférence largement supérieure, à la densité de particules 15 de l'écoulement central 14, tel que décrit au regard du séparateur centrifuge 13 montré sur la figure 2. Le tube plongeur 21 s'engage à l'intérieur du carter 38, à l'extrémité axiale 51 du carter 38, opposée à l'extrémité axiale 45. Le carter 38, au niveau de son extrémité axiale 51, se termine de manière étanche sur la paroi extérieure du tube plongeur 21. Le tube plongeur 21 présente un diamètre qui permet d'intercepter l'écoulement central 14 à l'intérieur du carter 38, sur son étendue radiale, et de l'évacuer hors du cyclone axial 20. L'écoulement central 14 est alors amené, du côté chambre des impuretés dans le carter de filtre 5, au filtre à air 6, comme montré sur la figure 1. Dans la zone de l'étendue axiale du tube plongeur 21, à l'intérieur du carter 38, est prévue, dans le carter, une ouverture 52 de préférence cylindrique, d'orientation radiale et tangentielle. Cette ouverture 52 présente, dans l'exemple de réalisation du cyclone axial 20 montré sur la figure 4, un diamètre environ sept fois plus petit que le diamètre 44 du carter 38. L'ouverture 52 sert à faire sortir la poussière 37 contenue dans l'écoulement périphérique 16, hors du cyclone axial 20, et à l'évacuer de l'outil de travail man#uvré à la main. Ainsi, grâce au dispositif d'aspiration 1 pour l'air de combustion 2, représenté partiellement sur la figure 3, de l'air de combustion 2 avec de la poussière 37 est amené par le ventilateur 12, dans la direction axiale, au cyclone axial 20, et de l'air de combustion 2 épuré de manière primaire est amené au filtre à air 6, dans la direction axiale par rapport au cyclone axial 20. REVENDICATIONS. 1. Dispositif d'aspiration pour l'air de combustion (2) d'un moteur à combustion interne ou moteur thermique (3), notamment pour le moteur thermique dans un outil de travail (4) man#uvré à la main tel qu'une tronçonneuse à meule, une tronçonneuse à chaîne ou outil similaire, qui comprend un carter de filtre (5) présentant un filtre à air (6) pour l'épuration de l'air de combustion (2), un carburateur (7) du moteur thermique (3) étant relié sur le plan fluidique à la chambre côté épuré du carter de filtre (5), et qui comprend également une ouverture d'entrée dans la chambre des impuretés (42) du carter de filtre (5), ainsi qu'un ventilateur (12) pour l'amenée d'air de combustion (2) dans le carter de filtre (5), caractérisé en ce que le dispositif d'aspiration (1) comprend un séparateur centrifuge (13) qui divise l'écoulement de l'air de combustion (2) en un écoulement central (14) à faible densité de particules (15) et en un écoulement périphérique (16) à densité de particules plus élevée (17) entourant l'écoulement central (14), l'écoulement central (14) étant essentiellement amené à la chambre des impuretés (42) du carter de filtre (5), et l'écoulement périphérique (16) étant évacué. 2. Dispositif d'aspiration selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écoulement périphérique (16) est évacué par l'intermédiaire d'un ventilateur (12), de préférence un ventilateur d'air de refroidissement (18) du moteur thermique (3). 3. Dispositif d'aspiration selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ventilateur d'air de refroidissement (18) est un ventilateur à aubes ou ailettes arrière (19). 4. Dispositif d'aspiration selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le séparateur centrifuge (13) est un cyclone, notamment un cyclone axial ou un turbo-filtre. 5. Dispositif d'aspiration selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le séparateur centrifuge (13) est pour l'essentiel réalisé d'un seul tenant avec le carter de filtre (5). 6. Dispositif d'aspiration selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'écoulement central (14) est prélevé du séparateur centrifuge (13) au moyen d'un tube plongeur (21). 7. Dispositif d'aspiration selon la revendication 6, caractérisé en ce que le carter de filtre (5) est formé de deux parties (22,23) le tube plongeur (21) étant réalisé d'un seul tenant avec une partie (22) du carter de filtre (5). 8. Dispositif d'aspiration selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tube plongeur (21) est réalisé d'un seul tenant avec un couvercle (24) du carter de filtre (5), couvercle situé sur le côté de ce carter éloigné du carburateur (7). 9. Dispositif d'aspiration selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le séparateur centrifuge (13) est un cyclone axial (20), lequel est alimenté axialement avec un écoulement d'air de combustion (2), au moyen du ventilateur (12), de préférence le ventilateur d'air de refroidissement du moteur thermique. 10. Dispositif d'aspiration selon la revendication 9, caractérisé en ce que la longueur (43) du cyclone axial (20) est environ égale au double de son diamètre (44) .