Brevet FR2869350A1 — publié le 20051028

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif pour séparer un liquide d'une veine de gaz d'un carter de vilebrequin d'un moteur à combustion interne, comprenant un boîtier de cyclone muni d'au moins un cyclone. Etat de la technique On connaît déjà un dispositif pour séparer un liquide d'une veine de gaz selon le document US 2003/ 172632 Al. Dans ce dispositif on utilise un cyclone ayant une enveloppe de cyclone en une seule pièce et un couvercle de cyclone installé sur la face frontale de l'enveloppe de cyclone. L'enveloppe de cyclone comporte un épaulement sur sa face frontale tournée vers le couvercle de cyclone. Entre l'épaulement de l'enveloppe de cyclone et le couvercle de cyclone il est prévu un couvercle de tube plongeur distinct. L'inconvénient de cette solution est que le couvercle de tube plongeur ne peut se monter que dans la direction axiale. Une intégration par une seule pièce du cyclone dans le chapeau de culasse serait très coûteuse car il faudrait des outils d'injection compliqués. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le boîtier de cyclone est divisé en deux segments de boîtier dans la direction de l'axe du cyclone. Ainsi, le dispositif selon l'invention permet de prévoir, en une seule pièce, l'un des deux segments de boîtier du cyclone, solidairement du chapeau de culasse, de sorte qu'il suffit de peu de composants simples. La fabrication par la tech- nique d'injection et de coulée est possible avec des outils d'injection simples. Il est très avantageux que le couvercle du tube plongeur soit relié par une liaison de forme aux segments de boîtier, car ainsi il ne faut aucun moyen supplémentaire pour fixer le couvercle de tube plongeur sur le boîtier de cyclone. Il est particulièrement avantageux si au moins l'un des segments de boîtier comporte une rainure en forme de gorge annulaire partielle pour recevoir un couvercle de tube plongeur, car de cette manière on réalise une terminaison par la forme avec le boîtier de cyclone. Selon un mode de réalisation avantageux, les deux segments de boîtier ont une rainure en forme de gorge annulaire partielle de sorte que les rainures en forme de parties de gorge annulaire des segments de boîtier forment une rainure circulaire. Il est très avantageux de réaliser le couvercle du tube plongeur sous la forme d'un disque avec un embout en saillie par rapport au disque, car le couvercle du tube plongeur peut ainsi s'utiliser de manière très simple avec un bord extérieur réduit placé dans la gorge de forme an- nulaire circulaire. Il est en outre avantageux de juxtaposer plusieurs cyclones dans le boîtier de cyclone car de cette manière le dispositif peut nettoyer un plus grand débit volumique de gaz. Selon un développement avantageux, les couvercles des tubes plongeurs des cyclones sont reliés solidairement, et de cette manière on diminue le nombre de composants. De plus, il est avantageux que le cyclone comporte un canal d'entrée, un canal de sortie de gaz et une sortie de liquide, le canal de sortie de gaz étant prévu dans l'embout du couvercle du tube plongeur. Il est en outre avantageux que les segments de boîtier du boîtier de cyclone soient reliés l'un à l'autre par clipsage, collage, soudage ou engagement par la forme car ces modes de liaison sont particulière-ment avantageux du point de vue du montage. Il est prévu également de manière avantageuse de réaliser 20 l'un des segments de boîtier dans un drapeau de la culasse. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une première vue éclatée du dispositif selon l'invention, la figure 2 est une seconde vue éclatée du dispositif selon l'invention, la figure 3 est une vue en coupe d'un cyclone du dispositif. Description du mode de réalisation La figure 1 montre une première vue éclatée du dispositif selon l'invention. Le dispositif sert de préférence à séparer des liquides et en particulier de l'huile d'une veine de gaz mais peut servir de façon générale à séparer des gouttelettes de liquide en suspension dans des gaz en mouvement. Le dispositif est de préférence utilisé pour la ventilation du carter de vilebrequin d'un moteur à combustion interne. Pendant le fonctionnement d'un moteur à combustion in-terne, les faibles fuites existant entre les pistons, les bagues de pistons et la surface de circulation des cylindres, engendrent un passage de gaz de la chambre de combustion vers le carter de vilebrequin. Pour le gaz ainsi soufflé on utilisera ci-après de manière générale l'expression gaz . Les faibles fuites de gaz de la chambre de combustion du moteur à combustion interne produisent une augmentation de pression inacceptable dans le carter de vilebrequin si bien qu'il est nécessaire d'équilibrer la pression par la ventilation du carter de vilebrequin. Comme les gaz ont une forte concentration en hydrocarbures, il faut faire déboucher la ventilation du carter de vilebrequin non pas à l'atmosphère mais dans la conduite d'admission du moteur à combustion interne pour être brûlés. Le gaz fourni à la conduite d'admission contient un brouillard d'huile chargé de nombreuses petites et grandes gouttelettes d'huile engendrées par la vitesse d'écoulement élevée des gaz arrivant dans le carter de vilebrequin et des pièces en mouvement dans le carter de vilebrequin. Les gouttes d'huile du brouillard d'huile doivent être séparées avant l'arrivée dans la conduite d'admission à l'aide d'un dispositif de séparation de liquide pour être éliminées de la veine de gaz, de façon à éviter une perte d'huile importante et ne pas influencer la combustion de manière négative. Le dispositif comporte un boîtier de cyclone 1 ayant au moins un cyclone 2. Le boîtier de cyclone 1 est fabriqué habituellement en 20 technique de fonte d'injection. Le cyclone 2 comporte de manière connue un segment d'entrée 3 et un segment conique 4. Le segment conique 4 est par exemple au voisinage du segment d'entrée 3 et le segment d'entrée 3 et le segment conique 4 sont installés respectivement de manière concentrique par rap- port à l'axe 5 du cyclone 2 respectif. Le segment d'entrée 3 est par exemple de forme cylindrique et le segment conique 4 de forme conique. Le segment d'entrée 3 comporte une ouverture 6 sur sa face frontale à l'opposé du segment conique 4. Au moins un cyclone 2 comporte respectivement un canal 30 d'entrée 8, un canal de sortie de gaz 9, encore appelé tube plongeur, et une sortie de liquide 10. Le canal d'entrée débouche tangentiellement dans le seg- ment d'entrée 3 du cyclone 2 respectif. Le canal de sortie de gaz 9 se trouve au niveau de la face frontale du cyclone 2 à l'opposé de celle du segment conique 4, par exemple de manière concentrique à l'axe 5 du cy- clone et débouche axialement suivant l'axe 5 dans le segment d'entrée 3 ou dans le segment conique 4. La sortie de liquide 10 est prévue à l'extrémité rétrécie du segment conique 4 en communiquant avec ce segment 4. Dans au moins un cyclone 2 on réalise de manière connue la séparation du liquide par rapport à la veine de gaz. La veine de gaz de la ventilation du carter de vilebrequin arrive par le canal d'entrée 8 dans le segment d'entrée 3 d'au moins un cyclone 2. La circulation dans le cyclone 2 est mise en rotation par l'arrivée tangentielle et elle se traduit par un tourbillon extérieur, en spirale au niveau de la paroi 11 de cyclone du segment d'entrée 3 et du segment conique 4 du cyclone 2, dans la direction de la sortie de liquide 10. A proximité de la sortie de liquide 10, l'écoulement change de direction et circule comme un tourbillon intérieur au centre du tourbillon extérieur en direction du canal de sortie de gaz 9, en retour, pour quitter le cyclone 2 par le canal de sortie de gaz 9. La rotation accélère l'écoulement en direction de la sortie de liquide 10 si bien que le liquide contenu dans le gaz ne peut finalement plus suivre l'écoulement et la force centrifuge projette le liquide contre la paroi 11 du cyclone. Le liquide ainsi séparé s'écoule sous forme de gouttes ou d'un film de liquide sur la paroi 11 du cyclone en direction de la sortie de liquide 10. Le transport du liquide en direction de la sortie de liquide 10 se fait en cas de montage vertical d'au moins un cyclone 2, principalement sous l'effet de la force de gravité appliquée au liquide et en cas de montage horizontal ou incliné, l'écoulement se fait principalement par l'écoulement dans le cyclone 2, c'est-à-dire un tourbillon potentiel. Selon l'invention, le boîtier 1 du cyclone est divisé en deux segments de boîtier en direction de l'axe 5 du cyclone, à savoir un premier segment de boîtier 14 et un second segment de boîtier 15; le segment d'entrée 3 et le segment conique 4 d'au moins un cyclone 2 sont prévus en partie sur le premier segment de boîtier 14 et en partie sur le second segment de boîtier 15, par exemple chaque fois par moitié. L'ouverture 6 du boîtier de cyclone 1 est fermée par un couvercle de tube plongeur 17 relié au boîtier de cyclone 1 par une liaison par la matière, une liaison par la force et/ou une liaison par la forme. Le premier segment de boîtier 14 comporte par exemple une première rainure 16.1 en forme de partie de gorge annulaire, et/ou le se- cond segment de boîtier 15 comporte par exemple une seconde rainure 16.2 en forme de gorge annulaire partielle. Les rainures 16.1, 16.2 en forme de gorges annulaires partielles servent à recevoir le couvercle 17 du tube plongeur. Les rainures 16.1, 16.2 en forme de gorges annulaires partielles des segments de boîtier 14, 15 forment après assemblage des segments de boîtier 14, 15, par exemple une rainure 16 en forme de gorge circulaire. Les rainures 16.1, 16.2 en forme de gorges annulaires partielles sont par exemple prévues dans une zone du segment d'entrée 3 comprise entre la face frontale du cyclone 2 à l'opposé du segment conique 4 et le canal d'entrée 8. La face frontale des segments de boîtier 14, 15, à l'opposé de celle du segment conique 4, comporte par exemple chaque fois un épaulement 21 en forme de partie d'anneau muni par exemple chaque fois de la rainure 16.1, 16.2 en forme de gorge annulaire partielle. Les épaulements 21 en forme de parties d'anneau des segments 14, 15, forment après montage par exemple un épaulement de forme circulaire. Le couvercle 17 du tube plongeur est par exemple en forme de disque avec un embout 19 en saillie par rapport au disque ainsi qu'un bord extérieur annulaire 22. Le couvercle 17 du tube plongeur est placé par son bord extérieur 22 dans la rainure 16 en forme de gorge annulaire du boîtier de cyclone 1 et ainsi il est relié par une liaison de forme aux segments de boîtier 14, 15. Le couvercle 17 du tube plongeur est placé au montage, avec son bord extérieur 22, tout d'abord par exemple dans la première rainure 16.1 en forme de gorge annulaire partielle du premier segment de boîtier 14, l'embout 19 du couvercle 17 du tube plongeur pénétrant dans le segment d'entrée 3 de la chambre de cyclone 18. Ensuite, on assemble le second segment de boîtier 15 au premier segment de boîtier 14 de façon que le bord extérieur 22 du couvercle 17 du tube plongeur pénètre également dans la seconde rainure 16.2 en forme de gorge annulaire partielle du second segment de boîtier 15. Par exemple, le couvercle 17 du tube plongeur, après assemblage des deux segments de boîtier 14, 15, vient avec tout son bord extérieur 22 dans la gorge annulaire 16. L'embout 19 du couvercle 17 du tube plongeur est par exemple concentrique à l'axe 5 du cyclone, par rapport au segment d'entrée 3 et au segment conique 4 après montage du dispositif. Les deux segments de boîtier 14, 15 sont reliés l'un à l'autre par collage, soudage, enclipsage, par liaison enfichée ou par d'autres modes d'assemblage. Le boîtier 1 du cyclone comporte par exemple plusieurs cyclones 2; les segments de bolier 14, 15 peuvent comporter plusieurs parties de cyclone, par exemple deux moitiés de cyclone. Dans les exemples de réalisation des figures 1 et 2 on a par exemple deux parties de cyclone. Les différents cyclones 2 sont par exemple branchés en parallèle en étant juxtaposés. Les couvercles 17 des tubes plongeurs de plusieurs cy- clones 2 sont par exemple reliés en une seule pièce pour diminuer le nombre de composants. Le boîtier 1 du cyclone est par exemple prévu dans un boîtier 26 du dispositif (figure 2) lui-même par exemple en deux parties comprenant une première partie de boîtier 26.1 et une seconde partie de boîtier 26.2. L'un des segments de boîtier 14, 15 du boîtier de cyclone 1 est prévu sur le boîtier 26 du cyclone, par exemple sur la première partie de boîtier 26.1 constituant par exemple le chapeau de culasse. Le boîtier 26 du dispositif comporte une entrée 27 reliée en amont au boîtier 28 du vilebrequin et en aval respectivement au canal d'entrée 8 des cyclones 2 par une liaison fluidique. L'entrée 27 divise le flux volumique de gaz de cette manière entre les cyclones 2 branchés en parallèle. La figure 2 montre une seconde vue du dispositif selon l'invention représentée en vue éclatée. Le dispositif selon la figure 2 utilise les mêmes références qu'à la figure 1 pour désigner les mêmes éléments ou les éléments de même fonction. Les canaux de sortie de gaz 9 des cyclones 2 débouchent en aval des chambres de cyclone 18 en commun dans une chambre de gaz filtré 29 du boîtier 26 du dispositif, par exemple délimitée par la première partie de boîtier 23.1 telle qu'un chapeau de culasse et sur la seconde partie de boîtier 26.2 appliquée sur la première partie de boîtier 26.1. La chambre de gaz filtré 29 communique en aval par exemple par l'intermédiaire d'une soupape de régulation de pression 31, une sortie 30 du boîtier de dispositif 26 et une conduite de ventilation 32 avec la con- duite d'admission 33 du moteur à combustion interne pour que le gaz nettoyé, sortant des différents cyclones 2 par les canaux de sortie de gaz 9, et qui ne contient plus de gouttelettes de liquide, puisse arriver par exemple par la chambre de gaz nettoyé 29, la soupape de régulation de pression 31, la sortie 30 et la conduite de ventilation 32 dans la conduite d'admission 33 du moteur à combustion interne, par exemple en aval de son volet d'étranglement. Les sorties de liquide 10 des cyclones 2 débouchent en commun dans une chambre collectrice 35 du boîtier 26 du dispositif et cette chambre est reliée par une conduite de retour 36 au carter de vilebrequin 28. Les gouttelettes de liquide séparées dans les cyclones 2 sont reconduites par la sortie de liquide 10, la chambre collectrice 35 et la con-duite de retour 36, dans le carter de vilebrequin 28. La conduite de retour 36 débouche par un orifice de retour 37 dans la chambre collectrice 35. La chambre collectrice 35 et la chambre de gaz nettoyé 29 ne sont pas séparées l'une de l'autre dans le boîtier 26 du dispositif. La différence de pression entre le carter de vilebrequin 28 et la conduite d'admission 33 s'établit en tenant compte des pertes de charge engendrées entre la conduite d'admission 33 et le dispositif, en engendrant un débit volumique de gaz sortant du carter de vilebrequin 28 en direction de la conduite d'admission 33. Comme la pression dans la con- duite d'admission 33 varie suivant l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne, on a une soupape de régulation de pression 31 qui règle une pression prédéfinie dans le carter de vilebrequin 28 par rapport à l'atmosphère. En branchant en parallèle plusieurs cyclones 2 dans le dis-positif on peut régler le nombre de cyclones 2 traversés par le gaz, par exemple à l'aide d'un élément de commutation en amont des cyclones 2 et qui conduit le débit volumique de gaz vers l'un ou plusieurs cyclones 2 en fonction de l'importance du débit volumique de gaz. L'élément de commutation commute de cette manière en fonction de l'importance du débit volumique de gaz, différents cyclones 2 pour les brancher ou les couper. Les cyclones 2 fonctionnent ainsi plus près de leur point de fonctionne- ment optimum que dans l'état de la technique. L'élément de commutation peut être réglé par un actionneur suivant la pression régnant dans le car- ter de vilebrequin 28 ou selon les forces hydrauliques agissant sur l'élément de commutation. La figure 3 montre un cyclone 2 du dispositif selon une vue en coupe et à titre d'exemple. Le cyclone de la figure 3 utilise les mêmes références qu'aux figures 1 et 2 pour désigner les mêmes éléments ou des éléments de même fonction. Le bord extérieur 22 du couvercle 17 du tube plongeur comporte par exemple une cavité annulaire 23 formant un épaulement 24 en forme de gradin et l'épaisseur de la paroi du couvercle 17 du tube plongeur diminue vers le bord extérieur 22; le bord extérieur 22 du couvercle 17 du tube plongeur est monté avec le décrochement 24 dans la rainure 16 de forme annulaire. Comme le débit volumique de gaz peut varier fortement dans différents moteurs à combustion interne, il faut que la géométrie de l'ajutage 19, c'est-à-dire la longueur L ou le diamètre D, soit respective-ment adaptée aux dimensions correspondantes du moteur à combustion interne. Suivant le débit volumique de gaz pour lequel le dispositif est conçu avec au moins un cyclone 2, on détermine le diamètre d du canal de sortie de gaz 9 qui agit à son tour directement sur le diamètre D de l'ajutage 19. Pour ne pas nécessiter un nouveau moule d'injection pour to le boîtier de cyclone 1, pour chaque nouvelle variante du dispositif à cause de la géométrie de l'embout qu'il faut adapter, le couvercle de tube plongeur 17 n'est pas relié en une seule pièce au carter de cyclone 1 mais comme pièce séparée, interchangeable. Cela permet non pas de remplacer le boîtier de cyclone 1 mais simplement un couvercle de tube plongeur 17 facile à fabriquer. Pour chaque nouvelle application du dispositif avec un autre débit volumique de gaz, on utilisera le même boîtier de cyclone 1 mais un autre couvercle de tube plongeur 17, ce qui permet une transposition économique du principe du jeu de construction. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif pour séparer un liquide d'une veine de gaz d'un carter de vilebrequin d'un moteur à combustion interne, comprenant un boîtier de cyclone muni d'au moins un cyclone, caractérisé en ce que le boîtier de cyclone (1) est divisé en deux segments de boîtier (14, 15) dans la direction de l'axe (5) du cyclone. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un cyclone (2) comporte un couvercle de tube plongeur (17), relié par une liaison de forme aux segments de boîtier (14, 15). 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins l'un des segments de boîtier (14, 15) comporte une rainure (16.1, 16.2) en forme de gorge annulaire partielle pour recevoir un couvercle de tube plongeur (17) d'au moins un cyclone (2). 4 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les rainures (16.1, 16.2) en forme de gorges annulaires partielles des segments de boîtier (14, 15) forment une rainure circulaire (16). 5 ) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le couvercle (17) du tube plongeur est en forme de disque et comporte un embout (19) en saillie par rapport au disque. 6 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par plusieurs cyclones (2) juxtaposés dans le boîtier (1). 7 ) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, 35 caractérisé en ce que les couvercles (17) des tubes plongeurs des cyclones (2) sont reliés solidairement en une seule pièce. 8 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le cyclone (2) comporte un canal d'entrée (8), un canal de sortie de gaz (9) et une sortie de liquide (10), le canal de sortie de gaz (9) étant prévu dans 5 l'embout (19) du couvercle (17) de tube plongeur. 9 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments de boîtier (14, 15) du boîtier de cyclone (1) sont reliés l'un à to l'autre par clipsage, collage, soudage ou engagement de forme. 10 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des segments de boîtier (14, 15) est réalisé sur un chapeau de cu-15 lasse.