Brevet FR2859237A1 — publié le 20050304

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de séparation de liquide d'une veine de gaz d'un carter de vilebrequin d'un moteur thermique comprenant des éléments séparateurs branchés en parallèle, relié en aval à une soupape de régulation de pression et installé dans une con-duite de ventilation partant du carter de vilebrequin en étant relié à la conduite d'admission du moteur thermique. Etat de la technique Le document DE 102 51 947 décrit un dispositif de séparation de liquide. Ce dispositif comporte une conduite de ventilation ou d'évacuation d'air reliant le carter de vilebrequin à la conduite d'admission du moteur thermique; la conduite d'évacuation d'air comporte des éhments séparateurs branchés en parallèle. En aval des éléments séparateurs, il est prévu une soupape de régulation de pression agissant par étranglement pour régler sur une pression prédéfinie la pression régnant dans le carter de vilebrequin. Suivant l'état de fonctionnement du moteur thermique, il règne une dépression de niveau différente dans la conduite d'admission, ce niveau diminuant de la perte de pression engendrée par la soupape de régulation de pression et les éléments séparateurs et se développe jusque dans la conduite d'admission du moteur thermique. L'effet séparateur des différents éléments séparateurs du dispositif est en général d'autant meilleur que la vitesse d'écoulement est élevée et que la perte de pression (perte de charge) est plus élevée dans l'élément séparateur. Les éléments séparateurs suivis d'une soupape de régulation de pression ne peuvent toutefois être prévus que pour une perte de pression comprise entre 5 et 25 millibars car sinon on risquerait une surpression ou une dépression inacceptable dans le carter de vilebrequin pour certains états de fonctionnement. Les différences de pression élevées ne peuvent dans ces condi- tions servir à augmenter l'effet séparateur mais il faut les atténuer à l'aide de la soupape de régulation de pression. Ainsi, avec les éléments séparateurs on n'atteint pas l'effet de séparation optimum pour des différences de pression élevées entre le carter de vilebrequin et la conduite d'admission. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé par au moins un élément séparateur en dérivation branché en parallèle sur les éléments séparateurs, cet élément séparateur en dérivation étant relié par une conduite de dérivation à la conduite d'évacuation d'air ou à la conduite d'admission. Ainsi, selon l'invention, avec des moyens simples on améliore l'effet de séparation pour des différences de pression élevées entre le carter de vilebrequin et la conduite d'admission grâce à l'utilisation des différences de pression élevées entre au moins un élément séparateur en dérivation branché en parallèle sur les éléments séparateurs, cet élément en dérivation étant relié à la conduite d'évacuation d'air et à la conduite d'admission par une conduite de dérivation. Dans ces conditions, pour des différences de pression élevées entre le carter de vilebrequin et la conduite d'admission, un débit volumique important passera par l'élément séparateur en dérivation en contournant la soupape de régulation de pression; on utilise ainsi la différence de pression élevée, pratiquement totalement pour générer une vitesse d'écoulement élevée et un effet séparateur élevé dans l'élément séparateur en dérivation. Il est particulièrement avantageux que l'élément séparateur en dérivation présente une perte de pression pour une veine de gaz légèrement inférieure à la veine de gaz minimale rencontrée, et que cette perte de pression correspond à la différence de pression maximale produite en- tre le carter de vilebrequin et la conduite d'admission car de cette manière on limite le débit à une valeur prédéfinie de façon à éviter toute dépression inacceptable dans le carter de vilebrequin. Selon un mode de réalisation avantageux, les éléments séparateurs sont des cyclones, des spirales, des spires, des nappes non tis- sées, des fils et l'élément séparateur en dérivation est un cyclone, une spirale, une spire, un non-tissé, ou un fil. Il est également avantageux de conduire la veine de gaz à l'aide d'au moins un élément de commutation et en fonction de la quantité de la veine de gaz vers un ou plusieurs éléments séparateurs car ces élé- ments séparateurs travaillent de cette manière dans une plage de fonctionnement proche du point de fonctionnement optimum et assure un effet de séparation élevé. Il est très avantageux que la conduite de dérivation comporte un limiteur de débit pour éviter de cette manière une dépression in- acceptable dans le carter de vilebrequin. Il est également avantageux d'installer un séparateur grossier en amont des éléments séparateurs pour éliminer les grosses gouttes d'huile contenues dans le gaz et protéger les éléments séparateurs en aval fonctionnant comme séparateurs fins. Il est en outre avantageux que les éléments séparateurs et l'élément séparateur en dérivation soient reliés à un retour d'huile rece- vant le liquide séparé dans les éléments séparateurs et dans l'élément séparateur en dérivation pour reconduire l'huile au carter de vilebrequin évitant ainsi une perte d'huile importante. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'un dispositif de séparation du liquide d'une veine de gaz représenté sous la forme d'un schéma bloc dans l'unique figure annexée. Description du mode de réalisation La figure montre un dispositif selon l'invention pour séparer du liquide d'une veine de gaz ou d'un flux gazeux. Le dispositif selon l'invention sert notamment à séparer des liquides en particulier de l'huile d'une veine de gaz; il s'agit par exemple de façon générale de séparer les gouttelettes de liquide de gaz en circulation. Le dispositif selon l'invention s'utilise de préférence pour la ventilation d'un carter de vilebrequin d'un moteur thermique. Pendant le fonctionnement d'un moteur thermique 1, les faibles fuites entre le piston, les bagues du piston et la surface du cylindre laissent s'échapper un gaz de la chambre de combustion qui arrive dans le carter de vilebrequin 2 du moteur thermique 1. Ce gaz est appelé gaz de soufflage. Ces fuites de gaz très réduites en provenance de la chambre de combustion du moteur thermique augmentent d'une manière inacceptable la pression régnant dans le carter de vilebrequin 2 si bien qu'il est nécessaire de compenser la pression par une ventilation de carter de vilebrequin 3. Comme le gaz possède une très forte concentration en hydrocarbure, il ne peut être libéré dans l'atmosphère mais il faut le conduire dans la con-duite d'admission 4 du moteur thermique 1 pour qu'il alimente la combustion. Le gaz entrant à vitesse d'écoulement élevée et les particules en mouvement dans le carter de vilebrequin 2 y engendrent un brouillard d'huile composé d'un grand nombre de petites et de grandes gouttelettes d'huile. Il faut séparer ces gouttelettes d'huile dans la ventilation du carter de vilebrequin 3 à l'aide du dispositif selon l'invention pour éviter une perte d'huile importante et ne pas influencer la combustion de manière négative. Dans la conduite d'admission 4 du moteur the,. Inique 1, il règne une pression dépendant de l'état de fonctionnement du moteur thermique 1 diminuée par la perte de pression qui se développe jusque dans le dispositif selon l'invention. Le carter de vilebrequin 2 est relié à la conduite d'admission 4 par une conduite d'évacuation d'air ou de ventilation 8. La conduite de ventilation 8 comporte plusieurs, par exemple trois éléments séparateurs 7 branchés en parallèle, installés chaque fois dans un segment parallèle 8.1, 8.2, 8.3 de la conduite de ventilation 8. Les éléments séparateurs 7 sont de préférence des cyclones; mais il peut également s'agir d'autres éléments séparateurs tels que par exemple des spirales, des spires, des nappes non tissées, des fils ou des moyens analogues. La séparation des petites gouttelettes d'huile se fait de façon connue dans les éléments séparateurs 7. Les segments parallèles 8.1, 8.2, 8.3 se réunissent en aval des éléments séparateurs 7. Une soupape de régulation de pression 10 est installée dans la conduite d'évacuation d'air 8 en aval des éléments séparateurs 7 et des segments parallèles 8.1, 8.2, 8.3. La soupape de régulation de pression 10 est par exemple une soupape à membrane. La section d'ouverture de la soupape de régulation de pression 10 est importante lorsque la différence de pression entre le carter de vilebrequin 2 et la conduite d'admission 4 est faible; cette section diminue lorsque la différence de pression augmente. En amont des segments parallèles 8.1, 8.2, 8.3, la conduite de ventilation 8 peut être équipée d'un séparateur grossier 6 comme par exemple une chambre de stabilisation, une spire ou au moins une paroi brise-jet. Le séparateur grossier 6 sert ainsi à filtrer les grosses gouttes d'huile. Avec par exemple une exception, à chaque élément séparateur 7 est associée une soupape de commutation 9 en amont selon le sens de passage du fluide. Les soupapes de commutation 9 sont réalisées par exemple sous la forme de soupapes à siège plat mais on peut également envisager d'autres formes de soupapes de commutation. Les éléments sé- parateurs 7 précédés par une soupape de commutation 9 peuvent être branchés ou coupés séparément en fonction de la veine de gaz si bien que le nombre d'éléments séparateurs 7 traversés par le gaz est variable. De manière préférentielle un élément séparateur 7 n'est pas précédé par une soupape de commutation 9 si bien que lorsque la soupape de régulation de pression est ouverte, cet élément séparateur 7 reste toujours traversé par le fluide. Au lieu d'associer une soupape de commutation 9 à chaque élément séparateur 7 il est également possible d'utiliser une unique sou- pape de commutation pour tous les éléments séparateurs 7 branchés en parallèle. Chaque soupape de commutation 9 est précontrainte dans le sens de la fermeture par exemple à. l'aide d'un ressort de soupape et elle s'ouvre, du fait des précontraintes différentes des ressorts de soupape, à une pression d'ouverture chaque fois différente. Ainsi les éléments séparateurs 7 sont branchés ou coupés de façon étagée en fonction de l'importance de la veine gazeuse. Si la pression augmente dans le carter de vilebrequin 2 et ainsi dans la conduite de ventilation 8 en amont des sou- papes de commutation 9 du fait de l'augmentation de la quantité de gaz, une ou plusieurs soupapes de commutation 9 s'ouvriront pour associer un ou plusieurs éléments séparateurs 7. Si la pression chute dans le car-ter de vilebrequin 2 et ainsi dans la conduite de ventilation 8 en amont des soupapes de commutation 9, on coupera un ou plusieurs éléments séparateurs 7 par la fermeture d'une ou plusieurs soupapes de commutation 9. Le nombre d'éléments séparateurs 7 traversés par le fluide s'adapte ainsi à la variation de la veine de gaz en fonction du temps. La commande du nombre d'éléments séparateurs 7 traversés par le fluide permet aux éléments séparateurs 7 de travailler au voisinage de leur point de fonctionnement optimum et ainsi il y aura seulement une faible différence de pression entre le carter de vilebrequin 2 et la conduite d'aspiration 4 assurant un bon effet de séparation. On peut avoir une différence de pression allant jusqu'à 120 millibars entre le carter de vilebrequin 2 et la conduite d'admission 4 pour un moteur Diesel; la différence de pression utilisable peut atteindre jusqu'à 800 millibars dans le cas d'un moteur à essence. Comme la sou- pape de régulation de pression 10 est prévue en aval des éléments séparateurs 7 branchés en parallèle, on peut concevoir des éléments séparateurs 7 uniquement pour une perte de pression (perte de charge) comprise entre 5 et 25 millibars, car sinon on risquerait une surpression ou une dépression excessive dans le carter de vilebrequin 2 pour certains états de fonctionnement. Ainsi une différence de pression élevée entre le carter de vilebrequin 2 et la conduite d'admission 4 ne se traduira pas par une augmentation de la vitesse d'écoulement et donc de l'effet de séparation des éléments séparateurs 7 mais sera réduite en grande partie par la soupape de régulation de pression 10. Le potentiel de l'effet de séparation du dispositif selon l'état de la technique ne sera pas dans ces conditions épuisé complètement. Selon l'invention on a prévu en parallèle aux éléments séparateurs 7, un élément séparateur de dérivation 15 dans une conduite de dérivation 14. La conduite de dérivation 14 de la conduite de ventilation 8 est reliée en amont des segments en parallèle 8.1, 8.2, 8.3, soit à la con-duite de ventilation 8 en aval de la soupape de régulation de pression 10 soit directement à la conduite d'admission 4. L'élément séparateur en dérivation 15 est conçu de façon que déjà pour une veine de gaz légèrement inférieure à la veine de gaz minimale sortant du carter de vilebrequin 2, on ait une perte de pression (perte de charge) correspondant à la différence de pression maximale possible entre le carter de vilebrequin 2 et la conduite d'admission 4. Ainsi, la veine de gaz passant par l'élément séparateur 15 en dérivation, est limitée à un débit volumique prédéfini ce qui protège le carter de vilebrequin 2 contre des dépressions d'intensité trop forte. Si la veine de gaz dans le carter de vilebrequin 2 est supérieure au débit volu- mique prédéfini pour l'élément séparateur en dérivation 15, une partie du débit volumique prédéfini passe par l'élément séparateur en dérivation 15 et la partie restante traverse un ou plusieurs éléments séparateurs 7. L'élément séparateur en dérivation 15 est de préférence un cyclone; mais il peut également s'agir d'un autre élément séparateur comme par exemple une spirale, une spire, une nappe non tissée, un fil ou un moyen analogue. Selon l'invention, la veine de gaz se divise en aval du séparateur grossier 6 entre un premier débit volumique passant par un ou plusieurs segments en parallèle 8.1, 8.2, 8.3 équipés d'éléments sépara- teurs 7 ou par la soupape de régulation de pression 10 au moins partiellement ouverte et un second débit volumique passant par la conduite de dérivation 14 équipée de l'élément séparateur en dérivation 15. Pour une différence de pression élevée entre le carter de vilebrequin 2 et la conduite d'admission 4, une partie importante de la veine de gaz contournera la soupape de régulation de pression 10 en passant par la conduite de dérivation 14, pour utiliser la différence de pression élevée allant par exemple jusqu'à 120 millibars dans le cas d'un moteur Diesel et jusqu'à 800 millibars dans le cas d'un moteur à essence, pour avoir une vitesse d'écoulement élevée dans l'élément séparateur en dérivation 15 et réaliser de cette manière un effet séparateur important dans l'élément séparateur en dérivation 15 plus fort que ce qui est possible dans les éléments séparateurs 7 à cause de la soupape de régulation de pression 10 installée en aval. Pour une faible différence de pression entre le carter de vilebrequin 2 et la conduite d'admission 4, la partie principale de la veine de gaz passe par les éléments séparateurs 7 et la soupape de régulation de pression 10 ouverte en aval, alors que l'élément séparateur en dérivation 15 n'est traversé que par une veine réduite. L'effet de séparation des éléments séparateurs 7 et de l'élément séparateur en dérivation 15 est sensiblement le même pour ce mode de fonctionnement. Comme l'effet de séparation du dispositif selon l'invention est significativement plus important pour une différence de pression élevée que dans l'état de la technique mais aussi que dans toute la plage de fonctionnement du dispositif, la moyenne de l'effet séparateur est meilleure que dans l'état de la technique. Un limiteur de débit 16 peut équiper la conduite de dérivation 14 par exemple un diaphragme ou un organe d'étranglement pour limiter en outre le débit volumique passant par la conduite de dérivation 14. Le séparateur grossier 6, les éléments séparateurs 7 et l'élément séparateur en dérivation 15 sont reliés à un retour d'huile 17 qui fait revenir le liquide déposé dans le séparateur grossier 6, dans les éléments séparateurs 7 et dans l'élément séparateur en dérivation 15 dans le carter de vilebrequin 2. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de séparation de liquide d'une veine de gaz d'un carter de vilebrequin d'un moteur thermique comprenant des éléments séparateurs branchés en parallèle, relié en aval à une soupape de régulation de pression et installé dans une conduite de ventilation partant du carter de vilebrequin en étant relié à la conduite d'admission du moteur thermique, caractérisé par au moins un élément séparateur en dérivation (15) branché en parallèle sur les éléments séparateurs (7), cet élément séparateur en dérivation étant relié par une conduite de dérivation (14) à la conduite d'évacuation d'air (8) ou à la conduite d'admission (4). 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément séparateur en dérivation (15), présente pour une veine de gaz légèrement inférieure au minimum de la veine de gaz engendrée dans le carter de vilebrequin (2), une perte de pression correspondant à la différence de pression maximale produite entre le carter de vilebrequin (2) et la conduite d'admission (4). 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments séparateurs (7) sont des cyclones, des spirales, des spires, des nappes non tissées ou des fils. 4 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément séparateur en dérivation (15) est un cyclone, une spirale, une spire, une nappe non tissée ou un fil. 5 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la veine de gaz est conduite par l'intermédiaire d'une soupape de commutation (9) en fonction de la quantité de gaz vers un ou plusieurs éléments 35 séparateurs (7). 6 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite de dérivation (14) comporte un limiteur de débit (16). 7 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un séparateur grossier (6) installé en amont des éléments séparateurs (7). 8 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments séparateurs (7) et l'élément séparateur en dérivation (15) sont 10 reliés à un retour d'huile (17) qui fait revenir le liquide séparé dans les éléments séparateurs (7) dans le carter de vilebrequin (2).