Brevet FR2857058A1 — publié le 20050107

La présente invention concerne, de façon générale, le domaine de l'admission d'air des moteurs à combustion interne. Plus particulièrement, cette invention se rapporte à un dispositif de décantation d'eau pour ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion interne. L'air de combustion, admis dans ce type de moteur utilisé notamment dans le domaine des véhicules automobiles, peut selon les conditions climatiques être plus ou moins chargé de gouttelettes d'eau, qui se trouvent entraînées avec cet air vers l'intérieur du moteur. II apparaît souhaitable d'éliminer ces gouttelettes d'eau, au niveau de l'admission d'air, pour éviter une destruction du capteur de débit d'air, ainsi que de la cartouche filtrante qui peut se déchirer. De plus, l'eau n'étant pas un fluide compressible, celle-ci peut occasionner un risque de destruction de certains joints. Pour éliminer les gouttelettes d'eau dans les lignes d'admission d'air de moteurs à combustion interne, il est connu d'utiliser des hélices fixes ou des ailettes, placées dans les conduits d'admission. Ces éléments placés dans les conduits occasionnent des pertes de charge, ce qui va à l'encontre des exigences posées pour les lignes d'admission. De plus, l'adjonction d'hélices ou d'ailettes complique la structure et la fabrication des lignes d'admission, et augmente donc leur coût. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant une solution autre pour l'élimination des gouttelettes, cette solution évitant l'incorporation d'éléments supplémentaires générateurs de pertes de charge dans les conduits d'admission, tout en conduisant à un résultat efficace. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de décantation d'eau pour ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, qui est essentiellement caractérisé par le fait qu'un conduit d'admission d'air comporte au moins un coude ou changement de direction, vers l'extrémité aval duquel est prévu au moins un trou de récupération de l'eau, traversant la paroi du conduit d'admission d'air. Ainsi, l'idée à la base de l'invention consiste à utiliser un coude ou changement de direction analogue du conduit d'admission d'air, pour recueillir les gouttelettes d'eau contenues dans l'air, et les évacuer. L'inertie des gouttelettes d'eau les projette, au passage dans le coude, contre la paroi du conduit et les contraint à se "coller" à cette paroi, d'où elles peuvent être récupérées et évacuées pour un simple trou. Ainsi, l'invention supprime toutes les ailettes ou autres éléments placés à l'intérieur des conduits d'admission. De plus, elle met à profit des coudes ou changements de direction de ces conduits, déjà présents pour des raisons d'acoustique et d'encombrement; en effet, la longueur de la ligne d'admission est déterminée par les problèmes d'acoustique et de performance du moteur et, pour obtenir les longueurs souhaitées dans l'encombrement disponible, on est déjà obligé de couder les conduits, dans différentes directions, notamment avec deux coudes successifs de sens opposés. Avantageusement, une nervure ou un épaulement annulaire est ménagé intérieurement dans la paroi du conduit d'admission d'air, vers l'extrémité aval du coude concerné, et le trou précité de récupération de l'eau est percé au point le plus bas de la nervure ou de l'épaulement annulaire. Au niveau de la nervure ou de l'épaulement, qui crée un point d'arrêt (au sens de la mécanique des fluides) pour l'air, on a une pression maximale, qui entraîne l'eau vers l'extérieur du conduit d'admission d'air, comme précisé plus bas. De plus, la nervure ou l'épaulement est utilisé(e) pour capter l'eau, déposée sur tout le périmètre intérieur du conduit, et pour guider l'eau ainsi captée jusqu'au trou, situé au point le plus bas de la nervure ou de l'épaulement. Cependant, la nervure ou l'épaulement annulaire de captage et guidage de l'eau crée, dans le conduit d'admission d'air, une perte de charge singulière. Pour réduire cette perte de charge, on préférera un épaulement annulaire, constituant la terminaison aval d'une entrée élargie du conduit d'admission d'air. L'effet d'inertie, qui projette les gouttelettes d'eau contre la paroi du conduit d'admission d'air, est d'autant plus important que les gouttelettes d'eau sont grosses. Or une mise en vitesse rapide des gouttelettes d'eau a tendance à les faire éclater, donc à produire de petites gouttes. Ainsi, on se trouve en présence d'exigences contradictoires: il faut de la vitesse pour utiliser l'effet d'inertie, mais la vitesse ne doit pas être excessive, pour ne pas former des gouttes trop petites. Pour éviter cette contradiction, et améliorer la récupération des gouttelettes d'eau, on prévoit avantageusement, à l'entrée du conduit d'admission d'air qui constitue aussi le point de départ du coude concerné, un orifice d'entrée biseauté. Cet orifice crée un virage à l'entrée du conduit d'admission, virage qui provoque lui-même une mise en vitesse progressive du flux d'air et des gouttelettes d'eau entrées par le flux d'air, évitant ainsi l'éclatement des gouttelettes tout en leur assurant une vitesse, donc une inertie, suffisantes. Dans une forme de réalisation simple de l'invention, le conduit d'admission coudé possède une section circulaire, y compris à son entrée. Toutefois, pour tenir compte d'un phénomène de "goutte à goutte", et mieux capter toutes les gouttelettes d'eau quelle que soit leur position vers l'entrée du conduit d'admission d'air, l'entrée de ce conduit possédera avantageusement une forme sensiblement rectangulaire ou oblongue, plutôt que ronde, et plus particulièrement une forme sensiblement rectangulaire dont les plus grands côtés s'étendent dans le sens de la hauteur. Avec une forme sensiblement rectangulaire, les lignes de flux sont parallèles aux parois du conduit d'admission d'air, alors que dans le cas d'une forme circulaire, les lignes de flux sont concentriques. Pour une aire identique de l'entrée du conduit, en tombant verticalement, une gouttelette d'eau parcourt une plus grande distance avant de toucher la paroi inférieure du conduit, dans le cas d'une section rectangulaire (par comparaison à une section circulaire). La gouttelette a donc une plus grande probabilité de toucher la paroi latérale du conduit qui capte les gouttelettes, car son temps de chute est plus long. De plus, les gouttelettes sont en moyenne plus proches de la paroi latérale qui forme l'extérieur du virage d'entrée et qui, par conséquent, capte les gouttelettes. Cependant, comme il résulte de ce qui précède, il est surtout important que ce soit la paroi du conduit d'admission captant les gouttelettes d'eau, c'est-à-dire la paroi formant l'extérieur du virage d'entrée, qui soit plane vers l'entrée de ce conduit, et parallèle à la direction de chute des gouttelettes. Compte tenu de ceci, l'entrée du conduit d'admission d'air n'a pas besoin d'être complètement rectangulaire, et on peut lui préférer une forme oblongue, en particulier une forme sensiblement semi-circulaire, délimitée par une portion de paroi sensiblement plane et verticale de captage, située à l'extérieur du virage d'entrée, et par une portion de paroi sensiblement semi- cylindrique située à l'intérieur du virage d'entrée, ce qui accentue l'accélération du flux d'air. Les dispositions particulières décrites ci-dessus ne concernent que la zone de l'entrée du conduit d'admission. Au-delà de cette zone, la section du conduit reprend progressivement une forme circulaire, dans le coude, pour minimiser les pertes de charge. Selon un autre aspect de l'invention, le trou de récupération d'eau, situé vers l'extrémité aval du coude ou changement de direction concerné, communique avec un résonateur qui forme une boîte de décantation d'eau, elle-même pourvue à sa base d'un orifice de sortie de l'eau. Le résonateur entoure avantageusement le conduit d'admission d'air, et est ainsi traversé par ce conduit. Dans ce dernier cas, la portion du conduit d'admission d'air entourée par le résonateur comporte avantageusement au moins un autre trou, ménagé dans sa paroi en aval du trou précité de récupération d'eau, ce qui permet la mise en dépression du volume interne du résonateur, donc la création d'un effet d'aspiration qui a tendance à extraire du conduit d'admission d'air les gouttelettes d'eau captées. En effet, le volume interne du résonateur est mis en dépression par le trou situé en aval, où ne règne que la pression statique, alors que la pression au niveau du trou de récupération d'eau est une pression totale, égale à la somme de la pression statique et de la pression d'arrêt, due à la vitesse du flux d'air et à l'effet de point d'arrêt résultant de l'épaulement ou de la nervure annulaire, précédemment mentionnés. Il se forme ainsi, entre les deux trous, un courant d'air qui entraîne l'eau à l'extérieur du conduit d'admission d'air, dans le résonateur. L'orifice de sortie de l'eau, situé à la base du résonateur formant boîte de décantation d'eau, peut prendre diverses formes: simple trou, orifice avec clapet en caoutchouc, siphon, petit tube avec mèche, fond conique avec trou de sortie à sa pointe inférieure... Enfin, il a été constaté que la forme et l'état de surface de la paroi interne du conduit d'admission d'air, qui capte les gouttelettes d'eau, ont une influence sur l'évacuation de l'eau. Il faut donc réaliser des formes étudiées, pour la paroi du conduit et les éventuelles nervures, en fonction du sens d'écoulement de l'eau sur la paroi, ce sens d'écoulement dépendant lui-même du poids des gouttelettes mais principalement du sens de l'écoulement du flux d'air. La forme des gouttelettes sur la paroi dépend de l'état de la surface et de la mouillabilité du matériau constitutif de la paroi du conduit d'admission d'air. Plus ce matériau est mouillable, donc plus grande est la tension superficielle de surface, et plus les gouttelettes s'écrasent contre la paroi; elles offrent alors une moins grande surface de portance à l'écoulement. On note donc que, plus le matériau constitutif de la paroi est mouillable, et moins l'air va pouvoir entraîner les gouttelettes d'eau captées. II est donc opportun de modifier, et plus particulièrement de réduire, la mouillabilité de la paroi du conduit d'admission d'air, au moins dans certaines zones de ce conduit, pour favoriser l'écoulement de l'eau captée. Cette adaptation est réalisable par diverses techniques, connues en soi: - changement de l'état de surface de la paroi; - flammage sur certaines zones du conduit; - utilisation de l'effet Corona (création d'un arc électrique entre le 10 matériau de la paroi et une électrode) ; dépôt d'un "plasma" (dépôt de manière par un flux ionisé). De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples, quelques formes d'exécution de ce dispositif de décantation d'eau pour ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion interne: Figure 1 est une vue d'ensemble, en coupe verticale, du dispositif de décantation d'eau conforme à l'invention, dans une première forme de réalisation; Figure 2 représente, à échelle agrandie, le détail A de la figure 1; Figure 3 est une vue d'ensemble, similaire à la figure 1, d'une deuxième forme de réalisation de ce dispositif de décantation d'eau; Figure 4 en est une vue partielle en coupe horizontale suivant IV-IV de figure 3; Figure 5 est une vue de face (suivant la flèche F de figure 3) de 25 l'entrée du conduit d'admission d'air, dans une forme de réalisation particulière; Figure 6 est une vue de face illustrant une variante de l'entrée du conduit d'admission d'air; Figure 7 est un schéma illustrant les propriétés de mouillabilité de 30 la paroi du conduit d'admission d'air. En considérant tout d'abord les figures 1 et 2, il est représenté un conduit d'admission d'air 2 d'un moteur à combustion interne, le conduit 2 comportant, dans sa portion représentée, et d'amont en aval (par référence au sens d'écoulement du flux d'air, indiqué par des flèches) : une entrée 3, un premier coude 4 tourné dans un sens, un second coude 5 tourné dans le sens opposé du précédent, et un tronçon rectiligne 6. La portion ici considérée du conduit d'admission d'air 2 est entourée par un résonateur 7 dont le volume intérieur 8 forme, comme expliqué en détail plus bas, une boîte de décantation d'eau. Le résonateur 7 se trouve ainsi traversé, de part en part, par la portion considérée du conduit d'admission d'air 2. Vers l'extrémité aval du premier coude 4 du conduit d'admission d'air 2, donc vers la jonction de ce premier coude 4 au second coude 5, le conduit 2 forme une nervure intérieure annulaire 9, en saillie sur la paroi du conduit 2. Au point le plus bas de la nervure annulaire 9, il est ménagé dans la paroi du conduit d'admission d'air 2 un trou 10 de récupération de l'eau. Le trou 10 fait communiquer la région aval du premier coude 4 avec le volume intérieur 8 du résonateur 7. Un autre trou 11 est ménagé dans la paroi du conduit d'admission 15 d'air 2, en un point de son tronçon rectiligne 6, donc en aval du trou 10 de récupération de l'eau. A sa base, le résonateur 7 comporte un orifice 12 de sortie de l'eau, obturé par un clapet en caoutchouc 13. En cours de fonctionnement, c'est-à-dire lorsqu'un flux d'air est aspiré par l'entrée 3 du conduit d'admission d'air 2, et si cet air est chargé de gouttelettes d'eau 14, ces gouttelettes 14 sont captées (par effet d'inertie) par la paroi du conduit 2, dans le premier coude 4. Les gouttelettes 14 captées sont entraînées en avant contre cette paroi par le flux d'air et elles sont interceptées par la nervure annulaire 9 qui les guide vers le trou 10 de récupération de l'eau, par lequel elles parviennent dans le volume intérieur 8 du résonateur 7. Plus particulièrement, compte tenu de la présence du trou 11 supplémentaire ménagé dans la paroi du conduit d'admission d'air 2, il y a formation d'un courant d'air (flèche FI) entre les deux trous 10 et 11, le volume intérieur 8 du résonateur 7 étant mis en dépression, et ce courant d'air entraîne avec lui l'eau récupérée au niveau du trou 10. L'eau récupérée, qui pénètre ainsi dans le volume intérieur 8 du résonateur 7, se rassemble au fond de ce résonateur 7, comme indiqué en 15. Enfin, cette eau est évacuée à l'extérieur, au travers de l'orifice de sortie 12 avec clapet 13. La figure 3, sur laquelle les éléments précédemment décrits sont désignés par les mêmes repères, montre une variante dans laquelle la nervure annulaire 9 précédemment décrite se trouve remplacée par un épaulement annulaire 16 de la paroi du conduit d'admission d'air 2, l'épaulement 16 se situant toujours vers l'extrémité aval du premier coude 4, juste sous le trou 10 de récupération de l'eau. Grâce à cet épaulement 16, la section du premier coude 4 se trouve augmentée, et la perte de charge singulière créée dans le cas des figures 1 et 2 par la nervure se trouve réduite. Pour le reste, le fonctionnement du dispositif n'est pas modifié, par rapport à la description précédemment donnée. Alors que la forme de base du conduit d'admission d'air 2 est celle d'un conduit de section circulaire, avec une entrée 3 elle aussi circulaire, et située dans un plan perpendiculaire à l'axe du conduit, la figure 4 montre que l'entrée 3 peut être "biseautée", c'est-à-dire située dans un plan qui, vu par dessus, forme un angle inférieur à 90 avec l'axe A du conduit 2 au départ du premier coude 4. Cette configuration permet de mieux capter toutes les gouttelettes 14, quelle que soit leur position vers l'entrée 3 du conduit 2. La figure 5 montre que la forme de base circulaire de l'entrée 3 du conduit 2 peut être remplacée par une forme rectangulaire 3', dont les grands côtés 17 s'étendent dans le sens de la hauteur, ce qui augmente les chances de captage des gouttelettes 14 par la paroi du conduit 2. Selon la figure 6, la forme de base circulaire de l'entrée du conduit 2 peut aussi être remplacée par une forme sensiblement semi-circulaire 3", résultant d'une portion de paroi plane et verticale 18, et d'une portion de paroi sensiblement semi-cylindrique 19. La portion de paroi plane 18 se situe du côté extérieur du virage d'entrée du conduit d'admission d'air 2, tandis que la portion de paroi semi-cylindrique 19 se situe du côté intérieur de ce virage. Les formes rectangulaire 3' ou semi-circulaire 3", qui viennent d'être décrites, ne concernent que la zone de l'entrée du conduit d'admission d'air 2. En partant de ces formes, la section du conduit 2, en particulier de son premier coude 4, passe progressivement à une forme circulaire, pour diminuer les pertes de charge. Enfin, la figure 7 illustre les propriétés de mouillabilité de la paroi du conduit d'admission d'air 2, en particulier dans les zones qui captent les gouttelettes d'eau 14 dans le coude 4 et les guident vers le trou 10 de récupération d'eau. Plus le matériau constitutif de la paroi du conduit 2 est mouillable, plus les gouttelettes 14 s'écrasent contre cette paroi. Ainsi, la partie droite de la figure 7 illustre le cas d'une paroi très mouillable, sur laquelle une gouttelette 14 captée est très étalée, donc de faible épaisseur E, et offre ainsi une section faible de résistance à l'air. Au contraire, la partie gauche de la figure 7 illustre le cas d'une paroi peu mouillable, sur laquelle une gouttelette 14 captée ne s'étale pas, et conserve une hauteur importante H, donc offre une section élevée de résistance à l'air. Ainsi, moins le matériau est mouillable, plus flux d'air dans le premier coude 4 va pouvoir entraîner les gouttelettes d'eau 14 en direction de la nervure 9 ou de l'épaulement 16, qui les interceptera pour les guider vers le trou 10 de récupération de l'eau. Pour favoriser ce phénomène, les zones concernées de la paroi du coude 4 auront leur mouillabilité réduite, par exemple par flammage ou par effet Corona qui sont des techniques couramment utilisées en plasturgie pour traiter des surfaces qui doivent être peintes. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif de décantation d'eau qui ont été décrites cidessus, à titre d'exemples; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: - en modifiant la forme de l'orifice d'entrée du conduit d'admission 20 d'air, par exemple en lui donnant une forme oblongue autre que rectangulaire ou semi-circulaire; - en modifiant la configuration de l'orifice de sortie de l'eau situé à la base du résonateur, ou le type de clapet équipant cet orifice; - en adaptant le dispositif à un conduit d'admission d'air avec des 25 coudes ou autres changements de direction de configuration, nombre et/ou disposition différents de ceux illustrés. REVENDICATIONS 1. Dispositif de décantation d'eau pour ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'un conduit d'admission d'air (2) comporte au moins un coude (4) ou changement de direction, vers l'extrémité aval duquel est prévu au moins un trou (10) de récupération de l'eau, traversant la paroi du conduit d'admission d'air (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une nervure ou un épaulement annulaire (9; 16) est ménagé intérieurement dans la paroi du conduit d'admission d'air (2), vers l'extrémité aval du coude (4) concerné, le trou précité (10) de récupération de l'eau étant percé au point le plus bas de la nervure ou de l'épaulement annulaire (9;16). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un épaulement annulaire (16), constituant la terminaison aval d'une entrée (3) élargie du conduit d'admission d'air (2). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu, à l'entrée du conduit d'admission d'air (2) qui constitue aussi le point de départ du coude (4) concerné, un orifice d'entrée (3) biseauté. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 25 caractérisé en ce que l'entrée (3' ; 3") du conduit d'admission d'air (2) possède une forme sensiblement rectangulaire ou oblongue. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour une entrée (3') de forme sensiblement rectangulaire, les plus grands côtés (17) 30 de celle-ci s'étendent dans le sens de la hauteur. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour une entrée (3") de forme oblongue, celle-ci possède plus particulièrement une forme sensiblement semi-circulaire, délimitée par une portion de paroi sensiblement plane et verticale (18) de captage, située à l'extérieur du virage d'entrée, et par une portion de paroi sensiblement semicylindrique (19) située à l'intérieur du virage d'entrée. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le trou (10) de récupération d'eau, situé vers l'extrémité aval du coude (4) ou changement de direction concerné, communique avec un résonateur (7, 8) qui forme une boîte de décantation d'eau, elle-même pourvue à sa base d'un orifice (12) de sortie de l'eau. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le résonateur (7, 8) entoure le conduit d'admission d'air (2), et est ainsi traversé par ce conduit (2). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la portion du conduit d'admission d'air (2) entourée par le résonateur (7, 8) comporte au moins un autre trou (11) , ménagé dans sa paroi en aval du trou précité (10) de récupération d'eau, pour la mise en dépression du volume interne (8) du résonateur (7). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'orifice de sortie de l'eau, situé à la base du résonateur (7, 8) formant boîte de décantation d'eau, est réalisé comme un orifice (12) avec clapet en caoutchouc (13), ou comme un siphon, ou comme un petit tube avec mèche, ou comme un fond conique avec trou de sortie à sa pointe inférieure. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la mouillabilité de la paroi du conduit d'admission d'air (2), au moins dans certaines zones de ce conduit, est modifiée pour favoriser l'écoulement de l'eau captée.