Brevet FR2894155A1 — publié le 20070608

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans un flux d'air qui circule dans une conduite d'admission d'un moteur à combustion interne, le dispositif comprenant un conduit sensiblement cylindrique de révolution dont une extrémité forme une entrée et dont l'autre forme une sortie du flux d'air, et dans lequel sont disposés des moyens de mise en rotation du flux d'air et des moyens de récupération de la phase liquide contenue dans le flux d'air. Elle concerne également un moteur à combustion interne comprenant, d'une part, en aval d'une chambre de combustion, une conduite d'échappement passant par une turbine d'un turbocompresseur, en amont de ladite chambre de combustion, une conduite d'admission passant par un compresseur du turbocompresseur et un refroidisseur d'air de suralimentation, une conduite de recirculation qui est piquée sur la conduite d'échappement en amont de la turbine du turbocompresseur et qui débouche dans la conduite d'admission en aval du refroidisseur d'air de suralimentation, et une conduite d'évacuation des gaz de carter s'étendant de la chambre de combustion jusqu'à la conduite d'admission en amont du compresseur du turbocompresseur, et, d'autre part, un tel dispositif de séparation des phases liquide et gazeuse contenue dans le flux d'air circulant dans la conduite d'admission. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation d'un moteur de type Diesel suralimenté. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs à combustion interne du type précité utilisent généralement comme gaz d'admission un mélange de gaz d'échappement et de gaz frais. Les gaz d'échappement réutilisés dans les gaz d'admission sont réinjectés dans la chambre de combustion en circulant dans la conduite de recirculation ; ils sont communément appelés gaz de recirculation (gaz EGR). Etant issus de la combustion d'un mélange de gaz d'admission et de carburant, ces gaz de recirculation contiennent de nombreuses particules de carbone. Les gaz frais sont quant à eux généralement composés d'air frais prélevé dans l'atmosphère, de gaz de carter provenant du carter d'huile disposé sous la chambre de combustion pour sa lubrification, et de particules d'huile provenant de fuites inhérentes au fonctionnement du compresseur. Ainsi, ces gaz frais contiennent des particules vaporisées d'eau et d'huile qui, si elles se mélangent avec les particules de carbone provenant des gaz de recirculation, peuvent former un mélange pâteux qui risque d'encrasser la conduite d'admission et les différents organes qu'elle comporte, diminuant ainsi les performances du moteur. Il est donc nécessaire de séparer les phases gazeuse et liquide contenues dans les gaz frais avant de les mélanger avec les gaz de recirculation. On connaît déjà du document US 6709477 un dispositif tel que défini en introduction dans lequel il est prévu, à l'intérieur du conduit cylindrique de révolution, un réservoir cylindrique tournant dont la paroi latérale est percée d'interstices. En fonctionnement, les gaz frais entrent dans le réservoir cylindrique qui tourne ; les lourdes particules d'huile que ces gaz frais contiennent sont alors éjectées par centrifugation entre la paroi latérale du réservoir cylindrique et le conduit cylindrique de révolution afin d'être évacuées. L'inconvénient principal d'un tel dispositif est qu'il comporte des moyens de mise en rotation des gaz d'admission coûteux à mettre en oeuvre et consommateurs d'énergie. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la 20 présente invention propose un dispositif simple à mettre en oeuvre et plus économique énergétiquement. Plus précisément, on propose selon l'invention un dispositif tel que défini en introduction, dans lequel les moyens de mise en rotation du flux d'air sont fixes. Selon une première caractéristique avantageuse du dispositif conforme à 25 l'invention, les moyens fixes de mise en rotation du flux d'air comprennent une paroi hélicoïdale. Selon une deuxième caractéristique avantageuse du dispositif conforme à l'invention, les moyens de récupération de la phase liquide contenue dans le flux d'air comprennent une rigole hélicoïdale. 30 Ainsi, grâce à la paroi hélicoïdale, les gaz frais sont canalisés et dans un mouvement de spiral. Un tel mouvement précipite alors les particules lourdes contenues dans les gaz frais, à savoir les particules en phase liquide, vers la paroi latérale du conduit. Ces particules s'accumulent donc dans la rigole hélicoïdale puis sont évacuées afin d'être séparées de la phase gazeuse des gaz frais. L'utilisation d'une paroi hélicoïdale permet par ailleurs de minimiser les pertes de charge néfastes aux performances du moteur. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif selon l'invention sont les suivantes : la paroi hélicoïdale présente une convexité orientée vers le centre du conduit ; la rigole hélicoïdale comporte une paroi de fond dont un bord longitudinal est accolé à la paroi intérieure du conduit, et une paroi latérale s'étendant à partir de l'autre bord longitudinal de la paroi de fond sensiblement parallèlement à la paroi intérieure du conduit ; la rigole hélicoïdale s'étend sur 360 degrés ; la rigole hélicoïdale débouche dans un conduit de récupération qui s'étend en dehors du conduit ; le conduit de récupération de la phase liquide débouche dans un bocal piège ; et la paroi hélicoïdale s'étend du centre du conduit jusqu'au bord libre de la paroi latérale de la rigole hélicoïdale. L'invention concerne également un moteur à combustion interne tel que celui décrit en introduction et comprenant un tel dispositif disposé sur sa conduite d'admission entre son raccordement avec conduite d'évacuation des gaz de carter et son raccordement avec la conduite de recirculation. Avantageusement, le dispositif est disposé en aval du refroidisseur d'air de suralimentation. Ainsi, les particules d'eau et d'huile contenues dans les gaz frais traités par le dispositif sont condensées dans le refroidisseur d'air de suralimentation afin 25 d'être aisément séparées du reste du flux d'air. Alternativement, le dispositif pourra être disposé en amont du compresseur du turbocompresseur, ou encore entre le compresseur du turbocompresseur et le refroidisseur d'air de suralimentation. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION 30 La description qui va suivre en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : - la figure 1 est un schéma de principe simplifié d'un premier mode de réalisation d'un moteur à combustion interne selon l'invention ; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de séparation selon l'invention ; la figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif de séparation de la figure 2 ; la figure 4 est un schéma de principe simplifié d'un deuxième mode de réalisation du moteur à combustion interne de la figure 1 ; et - la figure 5 est un schéma de principe simplifié d'un troisième mode de réalisation du moteur à combustion interne de la figure 1. En préliminaire, on notera que, d'une figure à l'autre, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation de l'invention seront, dans la mesure du possible, référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois. Dans la description, les termes aval et amont sont utilisés suivant le sens de l'écoulement de l'air depuis le point de prélèvement de l'air frais dans l'atmosphère jusqu'à sa sortie par un pot de détente. Sur la figure 1, on a représenté un premier mode de réalisation d'un moteur à combustion interne 10 qui comprend, dans un carter cylindres, une chambre de combustion 11, ici à quatre cylindres 11A pourvus chacun d'un piston adapté à se translater dans leur cylindre. Il comprend en outre un carter d'huile disposé sous le carter cylindres et destiné à lubrifier la chambre de combustion 11. En aval de la chambre de combustion 11, le moteur à combustion interne 10 comporte une conduite d'échappement 20 de gaz d'échappement s'étendant d'un collecteur d'échappement 21, relié par quatre canaux à chacun des cylindres 11A de la chambre de combustion 11, jusqu'à un pot de détente 22. En amont du pot de détente 22, la conduite d'échappement 20 passe par une turbine 52 d'un turbocompresseur 50 entraînée en rotation par les gaz 30 d'échappement. En amont de la chambre de combustion 11, le moteur à combustion interne 10 comprend une conduite d'admission 40 de gaz d'admission. Cette conduite d'admission 40 prélève l'air frais directement dans l'atmosphère, le filtre au moyen d'un filtre à air 41, et s'étend jusqu'à un répartiteur d'air 43 qui débouche sur quatre canaux liés chacun à un des cylindres 11A de la chambre de combustion 11. La conduite d'admission 40 passe en outre par un compresseur 51 du turbocompresseur 50 et un refroidisseur d'air de suralimentation 42 permettant de 5 refroidir l'air compressé par le compresseur 51. Par ailleurs, le moteur à combustion interne 10 comporte une conduite d'évacuation de gaz de carter s'étendant du carter d'huile jusqu'à la conduite d'admission 40. Cette conduite d'évacuation débouche entre le filtre à air 41 et le compresseur 51 du turbocompresseur 50. Les gaz de carter se mêlent donc à l'air 10 frais en amont du compresseur 51 et forment ainsi les gaz frais. Enfin, le moteur à combustion interne 10 comporte une conduite de recirculation 60 d'une partie des gaz d'échappement, appelée gaz de recirculation, piquée sur la conduite d'échappement, directement en aval du collecteur d'échappement 21. Cette conduite de recirculation 60 débouche dans la conduite 15 d'admission, entre le refroidisseur d'air de suralimentation 42 et le répartiteur d'air 43. Le raccordement de la conduite de recirculation 60 sur la conduite d'admission 40 s'effectue au niveau d'une vanne EGR 61 qui régule le débit de gaz de recirculation et éventuellement celui des gaz frais. Une telle vanne EGR 61 20 peut par exemple être de type papillon. Les gaz d'échappement se mêlent donc aux gaz frais en amont du répartiteur d'air 43, formant ainsi les gaz d'admission. Avantageusement, la conduite d'admission 40 du moteur à combustion interne 10 comprend, entre le refroidisseur d'air de suralimentation 42 et la vanne EGR 61, un dispositif 100 de séparation des phases liquide et gazeuse contenues 25 dans les gaz frais. Comme le montrent plus particulièrement les figures 2 et 3, ce dispositif 100 comprend un conduit 44 sensiblement cylindrique de révolution, faisant ici partie intégrante de la conduite d'admission 40, dans lequel circule le flux de gaz frais. Ce conduit 44 présente ici un diamètre d'environ 50 millimètres. Il comprend 30 intérieurement une paroi hélicoïdale 102 fixe formant des moyens de mise en rotation du flux de gaz frais, ainsi qu'une rigole hélicoïdale 101 formant des moyens de récupération 101 de la phase liquide contenue dans le flux de gaz frais. Plus précisément, la rigole hélicoïdale 101 comporte une paroi de fond 101A dont un bord longitudinal est accolé à la paroi du conduit 44 et une paroi latérale 101B s'étendant à partir de l'autre bord longitudinal de la paroi de fond 101A, parallèlement à la paroi du conduit 44. On comprend ici que l'autre paroi latérale de la rigole hélicoïdale est constituée par la paroi du conduit 44. Ici, la rigole hélicoïdale 101 s'étend sur 360 degrés et présente un pas d'environ 120 millimètres. La paroi hélicoïdale 102 s'étend quant à elle du centre du conduit 44 jusqu'au bord libre 101C de la paroi latérale 101B de la rigole hélicoïdale 101. Elle s'étend ici en colimaçon autour d'un axe central 103. Elle présente une convexité orientée vers le centre du conduit 44 et s'étend de telle sorte qu'elle est inclinée par rapport à la direction du flux de gaz frais, minimisant ainsi les pertes de charge des gaz frais compressés. Plus précisément, le bord extérieur de la paroi hélicoïdale 102 présente un angle obus avec la paroi latérale 101B de la rigole hélicoïdale 101, et le bord central de la paroi hélicoïdale 102 s'étend quasiment tangentiellement à l'axe central 103. Le conduit 44 présente une ouverture latérale rectangulaire disposée de telle sorte que la rigole hélicoïdale débouche dans cette ouverture latérale. Un conduit de récupération 105 de la phase liquide des gaz frais est raccordé à l'ouverture latérale du conduit 44 et s'étend à l'extérieur du conduit 44 jusque dans un bocal piège 110. Ce bocal piège 110 peut par exemple être un bocal cylindrique fermé à ses deux extrémités et comprenant sur sa face supérieure deux ouvertures par lesquelles circule le flux provenant du conduit d'évacuation 105. La phase liquide des gaz frais s'écoule ainsi dans le fond du bocal et y reste emprisonnée. Lorsque le moteur à combustion interne 10 fonctionne, la conduite d'admission 40 prélève de l'air frais directement dans l'atmosphère. Simultanément, des gaz d'admission et du carburant sont brûlés dans la 30 chambre de combustion 11, formant ainsi les gaz d'échappement. Une grande partie de ces gaz d'échappement chargés de vapeur d'eau passe par la turbine 52 et s'échappe dans l'atmosphère par le pot de détente 22. Une autre partie de ces gaz d'échappement, les gaz de recirculation, est prélevée par la conduite de recirculation 60. Enfin, une infime partie de ces gaz d'échappement passe entre (es pistons et le carter cylindres, débouchant alors dans le carter d'huile du moteur à combustion interne 10. Cette infime partie des gaz d'échappement se mêle aux vapeurs d'huile présentes dans le carter d'huile formant ainsi les gaz de carter. Ces derniers sont évacués par la conduite d'évacuation 30 dans la conduite d'admission 40 et se mélangent avec l'air frais. Les gaz frais, formés par ce mélange d'air frais et de gaz de carter et chargés de vapeurs d'huile et de vapeurs d'eau, sont ensuite compressés par le compresseur 51 et refroidis par le refroidisseur d'air de suralimentation 42. Ils se mêlent à des particules d'huile provenant de fuites inhérentes au fonctionnement du compresseur 51. Ils débouchent ensuite dans le dispositif 100 de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans les gaz frais et sont entraînés dans un mouvement de spiral autour de l'axe central 103 par la paroi hélicoïdale 102. Cette mise en rotation des gaz frais provoque alors, sous l'effet des forces centrifuge et des différences de densité entre les phases liquide et gazeuse contenues dans les gaz frais, l'éjection des lourdes particules liquide d'huile et d'eau vers la paroi latérale du conduit 44. Ces particules tombent dans la rigole hélicoïdale 101 et sont évacuées par le conduit de récupération 105 dans le bocal piège 110. L'huile et l'eau contenues dans le bocal piège peuvent ensuite être, par exemple, évacuées du bocal piège 110 lors d'une vidange à laquelle on procède régulièrement. Sur la figure 4, on a représenté un deuxième mode de réalisation du moteur à combustion interne 10 selon lequel le dispositif 100 de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans les gaz frais est disposé sur la conduite d'admission 40, entre le filtre à air 41 et le compresseur 51, en aval de son raccordement avec la conduite d'évacuation des gaz de carter. Selon ce mode de réalisation, les phases liquide et gazeuse des gaz frais sont séparées en amont du compresseur 51 si bien qu'aucune particule liquide ne vient frapper et endommager les hélices du compresseur 51. Sur la figure 5, on a représenté un troisième mode de réalisation du moteur à combustion interne 10 selon lequel le dispositif 100 de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans les gaz frais est disposé sur la conduite d'admission 40, entre le compresseur 51 et le refroidisseur d'air de suralimentation 42. Selon ce mode de réalisation, les phases liquide et gazeuse des gaz frais sont séparées à proximité du compresseur 51 si bien le flux de gaz frais présente déjà un mouvement tourbillonnaire qu'accentue le dispositif 100 selon l'invention, limitant ainsi les pertes de charge dues à la présence des moyens de mise en rotation des gaz frais. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Dispositif (100) de séparation des phases liquide et gazeuse contenues dans un flux d'air qui circule dans une conduite d'admission (40) d'un moteur à combustion interne (10), le dispositif (100) comprenant un conduit (44) sensiblement cylindrique de révolution dont une extrémité forme une entrée et dont l'autre forme une sortie du flux d'air et dans lequel sont disposés des moyens de mise en rotation (102) du flux d'air et des moyens de récupération (101) de la phase liquide contenue dans le flux d'air, caractérisé en ce que les moyens de mise en rotation (102) du flux d'air sont fixes. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens fixes de mise en rotation du flux d'air comprennent une paroi hélicoïdale (102). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi hélicoïdale (102) présente une convexité orientée vers le centre du conduit (44). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de récupération de la phase liquide contenue dans le flux d'air comprennent une rigole hélicoïdale (101). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la rigole hélicoïdale (101) comporte une paroi de fond (101A) dont un bord longitudinal est accolé à la paroi intérieure du conduit (44) et une paroi latérale (101B) s'étendant à partir de l'autre bord longitudinal de la paroi de fond (101A) sensiblement parallèlement à la paroi intérieure du conduit (44). 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la rigole hélicoïdale (101) s'étend sur 360 degrés. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la rigole hélicoïdale (101) débouche dans un conduit de récupération (105) qui s'étend en dehors du conduit (44). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le conduit de récupération (105) de la phase liquide débouche dans un bocal piège (110). 9. Dispositif selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que ladite paroi hélicoïdale (102) s'étend du centre du conduit (44) jusqu'au bord libre (101C) de la paroi latérale (101B) de la rigole hélicoïdale (101). 10. Moteur à combustion interne (10) comprenant, en aval d'une chambre de combustion (11), une conduite d'échappement (20) passant par une turbine(52) d'un turbocompresseur (50), en amont de ladite chambre de combustion 11), une conduite d'admission (40) passant par un compresseur (51) du turbocompresseur (50) et un refroidisseur d'air de suralimentation (42), une conduite de recirculation (60) qui est piquée sur la conduite d'échappement (20) en amont de la turbine (52) du turbocompresseur (50) et qui débouche dans la conduite d'admission (20) en aval du refroidisseur d'air de suralimentation (42), et une conduite d'évacuation (30) des gaz de carter s'étendant de la chambre de combustion (11) jusqu'à la conduite d'admission (40) en amont du compresseur (51) du turbocompresseur (50), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (100) selon l'une des revendications 1 à 9, disposé sur la conduite d'admission (40) entre son raccordement avec la conduite d'évacuation (30) des gaz de carter et son raccordement avec la conduite de recirculation (60). 11. Moteur à combustion interne (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif (100) est disposé en aval du refroidisseur d'air de 15 suralimentation (42). 12. Moteur à combustion interne (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif (100) est disposé en amont du compresseur (51) du turbocompresseur (50). 13. Moteur à combustion interne (10) selon la revendication 10, caractérisé 20 en ce que le dispositif (100) est disposé entre le compresseur (51) du turbocompresseur (50) et le refroidisseur d'air de suralimentation (42).