Brevet FR2908325A1 — publié le 20080516

Système de filtre à huile particulaire La présente invention concerne un système de filtration d'huile de lubrification d'un moteur de véhicule utilisable dans un circuit à huile. Les systèmes de filtration à huile actuels pour les moteurs de véhicules sont en général des filtres à plein débit dans lesquels 100 % de l'huile de moteur passe à travers ces filtres. Le filtre est conçu de manière à retirer les particules les plus volumineuses de l'huile sans restreindre son flux. Actuellement, ces filtres bloquent des particules solides dont la taille est supérieure à 10 pm. Cependant de telles technologies nécessitent le changement des filtres et d'huile autour de 20 000 à 40 000 Km, engendrant une perte de temps ainsi qu'une gestion délicate de déchets liés à l'huile. De plus, ces filtres nécessitent d'être détruits car ils sont difficilement recyclables, ce qui pose des problèmes pour l'environnement. Les filtres actuels sont fabriqués en papier de cellulose qui ont une stabilité thermale limitée à environ 200 C. De plus, ils sont très faiblement résistants aux contraintes mécaniques. Ainsi de nombreux filtres actuels cèdent au cours de leur fonctionnement. Du fait de cette faiblesse, la température ainsi que la pression exercée par le passage de l'huile à travers le filtre en papier de cellulose ont besoin d'être contrôlés. La conception de ce type de filtres devient ainsi de plus en plus complexe. Pour ajouter à ce problème, la réglementation légale portant sur l'oxyde d'azote (NOx) comme gaz d'échappement, impose une diminution de son émission. Ainsi, sa re-circulation ou Exhaust Gas Recirculation (EGR) est proposé comme une solution efficace pour réduire ce type d'émission. Cependant, l'utilisation accrue d'EGR engendre une quantité importante de suies qui se déposent dans l'huile. Ces particules de suies sont très petites, très dures et abrasives. La présence d'une quantité importante de suies mène à une diminution de la concentration des additifs dans l'huile. Dans ce cas, le moteur doit fournir un effort plus important ce qui l'use plus vite. 2908325 2 Par ailleurs, elles ont tendance à se lier ou à se coller ensemble pour former des agrégats de suies plus grandes formant une résine de type goudron au fond du réservoir. De plus, la présence de ces suies augmente la viscosité de l'huile. 5 Pour éviter le bouchage des filtres en papier de cellulose, il est alors nécessaire d'augmenter la température opératoire afin de fluidifier l'huile. Occasionnellement, la résine de type goudron accumulée au fond du réservoir à huile est mélangée à l'huile liquide et passe ainsi dans le filtre. Or, les filtres en papier de cellulose à plein débit sont particulièrement 10 vulnérables pour se boucher parce que les fibres en cellulose absorbent facilement la résine de type goudron. D'une part, la nature fibreuse du papier donne une surface développée très grande. D'autre part, la cellulose présente une polarité similaire à celle de résine de type goudron. La surface des papiers filtres devient ainsi rapidement couverte par ces résines et 15 bloque le passage de l'huile. Le phénomène nécessite la présence supplémentaire de valve(s) passe-bas. La plupart des filtres à plein débit en sont équipés pour éviter qu'ils se bouchent au cours de leur utilisation. Lorsque la pression à travers les parois du filtre dépasse 0,5 à 1 bar, la valve passe-bas s'ouvre. L'huile non filtrée circule librement au travers du 20 moteur. La présence d'une valve passe-bas est une dépense supplémentaire et représente également des complications lors de l'installation des filtres à huile sur les moteurs. Un but de la présente invention est de fournir un filtre simple au niveau de sa conception et sa mise en oeuvre, présentant une stabilité 25 chimique et thermique et résistant aux passages des résines de type goudron et utilisable sur n'importe quel type de moteur. Selon un premier aspect, l'invention a donc pour objet un système de filtration d'huile de lubrification d'un moteur de véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un bloc constitué par une multitude de canaux d'entrée et de 30 sortie de flux d'huile, lesdits canaux étant constitués de céramique poreuse et placés alternativement. Les canaux d'entrée sont obturés à leur extrémité tournée vers l'aval du flux d'huile et les canaux de sortie sont obturés à leur extrémité tournée 2908325 3 vers l'amont de ce flux, de sorte que l'huile sont contraints de traverser les parois poreuses séparant les canaux qui retiennent les suies. Le système de filtration selon l'invention permet la suppression de la valve passe-bas. En effet, les résines de type goudron adhèrent moins bien 5 sur une surface de type céramique que sur du papier en cellulose. En effet, une surface en céramique est moins polaire que la fibre de cellulose. Ainsi, lorsque la résine de type goudron déposée au fond du réservoir à huile se mélange à l'huile liquide, elle pénètre dans le bloc en céramique. Compte tenu de la différence de polarité, la résine n'adhère pas suffisamment à la 10 paroi des canaux et la grande taille des agrégats qui la composent l'empêche de passer au travers des pores de la paroi. La résine est alors repoussée au fond des canaux. De ce fait, le risque que le bloc cède sous la pression des résines est suffisamment faible pour dispenser de l'utilisation d'une valve passe-bas. 15 Le matériau en céramique est mécaniquement résistant et présente une température de fusion supérieure typiquement à 1000 C. Les canaux poreux sont de préférence longilignes. Par longiligne , on entend ici des canaux dont leurs axes de révolution sont parallèles entre eux. Par multitude , on entend ici un nombre supérieur à au moins deux. 20 Les exemples non limitatifs de matériaux céramiques poreux incluent comme principal composant la cordiérite SiC, B4C, Si3N4, BN, AIN, Al2O3, AI2O3-SiO2, ZrO2, mullite, AI, titanate, ZrB2 et Sialon. Un canal présente une section transversale préférentiellement de taille constante et de forme polygonale, de préférence carrée, ronde ou 25 encore hexagonale. Le nombre de cellules varie entre environ 0,10 à 160 cellules.cm"2 suivant la section transversale, notamment entre 10 et 70 cellules cellules.cm"2 et préférablement égale à environ 46,5 cellules.cm"2. Le diamètre du système est compris entre 1 cm et 1 m, mais préférablement entre 5 et 10 cm. 30 Comme déjà mentionné, les canaux sont obturés à une extrémité de préférence par un matériau non poreux, notamment un matériau choisi parmi les céramiques. 2908325 4 La pluralité des canaux peut être organisée en barres, lesquelles peuvent pour former des structures plus grandes et plus résistantes, être cimentées les unes aux autres notamment le long de leurs côtés latéraux, ceci permet d'éviter une fuite éventuelle de l'huile sale. 5 Le matériau cimentant les pluralités de canaux entre eux est choisi par exemple parmi la cordierite SiC, B4C, Si3N4, BN, AIN, AI2O3, Al2O3-SiO2, ZrO2, mullite, Al titanate, ZrB2 et Sialon. Le matériau cimentant la pluralité des canaux est de préférence le même que celui constituant les parois des canaux. 10 Ce matériau est choisi de façon à ne pas interagir avec l'huile ou les additifs présents dans l'huile. L'huile de moteur s'écoulant toujours dans la même direction, elle arrive au système de filtration à une extrémité. L'huile pénètre ainsi dans le système de filtration selon l'invention par le canal d'entrée. L'huile est 15 ensuite stoppée à l'autre extrémité du canal d'entrée qui est obturée. Ainsi, pour ressortir, elle passe d'un canal à l'autre par la paroi latérale poreuse. La porosité de la paroi des canaux varie entre 5 et 90 %, mais est comprise préférablement entre 40 et 50 %. La taille des pores est comprise entre 0,05 nanomètres et 100 micromètres, notamment entre 0,1 nanomètre et 50 pm, 20 et préférablement entre 1 et 10 ,um. La distribution des tailles des pores est aussi étroite que possible. L'épaisseur des parois varie entre 100 et 1000 pm, mais est préférablement égale à environ 500 pm. L'huile ressort alors dans un canal de sortie. Selon une variante, chaque canal d'entrée comporte en outre en son 25 sein des pièges à particules submicroniques (PAPS) décrit notamment dans la demande FR 05 05830. Les PAPS permettent de piéger les particules qui passent normalement à travers les parois de filtres en céramique. La taille des particules piégées est notamment inférieure ou égales à environ 5 ,um. L'extrémité des canaux étant obturée et le flux de l'huile étant 30 unidirectionnel, ces pièges sont maintenus au fond du système de filtration de particules. 2908325 5 La longueur du système de filtration selon l'invention varie entre 1 cm et 1 m et préférablement est égale à environ 10 cm de long. Les canaux sont de préférence de même longueur que celle du système de filtration. Le volume du système dépend de la quantité de l'huile qui est filtrée. 5 Ce volume est typiquement compris entre 0,3 et 1 L, ce qui est suffisant pour la majorité des voitures de taille moyenne. Le système selon l'invention comporte en outre un joint d'huile adjacent aux extrémités pour des canaux d'entrée et de sortie. Le système selon l'invention comporte entre autre un filtre à huile 10 comportant une enveloppe métallique un matériau isolant thermiquement et absorbant les vibrations mécaniques, et au moins une valve d'huile. Un avantage de ce type de filtre est sa durée de vie au sein du véhicule qui est avantageusement de l'ordre de la durée de vie du véhicule. Ainsi, il n'est pas nécessaire de procéder à son remplacement. Le bloc est 15 hautement résistant au phénomène de bouchage par les résines lourdes de type goudron qui se déposent dans le réservoir à huile, ce qui permet avantageusement de supprimer toute valve de sécurité. Quand l'huile nécessite d'être changée, le système selon l'invention est enlevé et libéré de l'enveloppe métallique. Le système à filtration est 20 ensuite simplement rincé avec un solvant aqueux dans lequel on a ajouté un détergent. Ce lavage permet de retirer les résines de type goudron qui se seraient accumulées et de filtrer d'éventuels résidus solides contenus dans l'huile. Le système selon l'invention est ensuite replacé dans le circuit d'huile. 25 Le système de filtration selon l'invention est ainsi entretenu facilement sans polluer l'environnement puisqu'un simple lavage permet d'éliminer toute trace de particules indésirables dans l'huile. De ce fait, il est réutilisable et ne nécessite pas d'être pas remplacé par un nouveau système de filtration. 30 Le système de filtration conforme à l'invention est facilement adaptable à n'importe quel véhicule car il présente une taille compatible avec les voitures conventionnelles. 2908325 6 Le matériau isolant et absorbant entoure le système de filtration permettant une filtration efficace sans troubles extérieurs. D'autres technologies tels que les pièges à particules type PAPS, 5 peuvent être incorporé dans le filtre selon l'invention. Ainsi, aucune dépense supplémentaire n'est nécessaire pour l'intégration de tels pièges dans un circuit à huile. Le système selon l'invention présente une structure physiquement, thermiquement et mécaniquement résistante avec une conception simple et 10 comportant peu de composant. De plus, aucun coût pour le développement n'est nécessaire puisque la conception du filtre est utilisée pour d'autres applications telles que les filtres à suie particulaire. Selon un deuxième aspect, l'invention a trait à un circuit d'huile comportant en autre le système de filtration selon l'invention. 15 Le circuit comporte entre autre un moteur. L'invention pourra être davantage comprise à la lumière de la description des exemples non limitatifs qui vont suivre. La figure 1 est un schéma représentant un système de filtration conforme à l'invention. 20 La figure 2 est un schéma représentant un filtre à huile conforme à l'invention. La figure 3 est un schéma représentant un circuit d'huile intégrant le filtre à huile conforme à l'invention. La figure 1 représente un schéma du système de filtration conforme à 25 l'invention dans lequel le flux d'huile 1 est dirigé dans le cas présent de la gauche vers la droite. Le flux 1 rencontre donc le système de filtration 2 conforme à l'invention. Le système 2 comporte environ 47 cellules.cm-2. Le système de filtration 2 est un bloc 3 constitué de canaux d'entrée 4a et de sortie 4b dont les parois 5 sont composées de céramique poreuse. La taille 30 des pores est de 45%. L'une des extrémités 6 de chaque canal 4a et 4b est obturée par un matériau non poreux qui est du type de ceux précités. Ainsi chaque canal 4a et 4b présente une extrémité libre 7 dans laquelle soit l'huile pénètre, soit l'huile en ressort. 2908325 7 D'autres systèmes peuvent être incorporés afin de permettre de purifier l'huile, par exemple les pièges de type PAPS 8. Ces pièges 8 sont mis dans chaque canal 4a présentant une extrémité obturée 6. Le flux d'huile ne peut en ressortir qu'en passant par les parois poreuses 5. Ainsi, 5 les pièges 8 sont poussés par le flux de l'huile contre les extrémités obturées 6. L'huile 1 pénètre ainsi par les extrémités libres non obturées des canaux 4a, puis passe grâce à la porosité de la paroi 5 dans le canal adjacent 4b. L'huile est ensuite entraînée par le flux 1 vers l'extrémité 7 non obturée du canal adjacent 4b et ressort ainsi du système de filtration 2 10 purifiée des particules de tailles importantes ainsi que des résines de type goudron qui ne peuvent pénétrer les pores de la paroi 5 des canaux. La figure 2 illustre un schéma représentant un filtre à huile 10 comportant une enveloppe 11 de préférence métallique, et non susceptible d'être dégradé par l'huile et/ou les résidus présents dans l'huile. Le filtre à 15 huile 10 comporte le système de filtration 2 selon l'invention comportant les canaux 4a et 4b avec les bouchons en matériau non poreux 6 ainsi que les parois en céramique poreuse 5. Par ailleurs, le filtre à huile 10 comporte des joints d'huile 12 ainsi que une couche de matériau 13 d'isolation thermique permettant d'absorber les vibrations. 20 Le flux d'huile 1 arrivant dans le filtre à huile 10 passe d'abord par une valve 15 qui s'ouvre ou se ferme afin d'isoler le filtre à huile 10 durant les changements de bloc 3. Le flux d'huile 1 pénètre ainsi dans une partie de l'enveloppe élargie 17 comportant le système de filtration 2. II passe ensuite dans le bloc 3 par le canal 4a pour en ressortir par le canal 4b. L'huile s'est 25 débarrassée des particules de grande taille et résines de type goudron pour ressortir de l'autre côté du bloc 3 et passer à travers une autre valve 16 permettant, elle aussi, d'isoler le filtre à huile lors de changements de bloc 3. La figure 3 illustre un schéma montrant un exemple de circuit d'huile comportant le filtre à huile 10 intégré. 30 Le filtre à huile 10 conforme à l'invention est placé entre le condensateur 20 de vapeurs d'huile et le bac à huile 21. Un moteur 22 est plongé dans le bac à huile permettant ainsi à l'huile de circuler. 2908325 8 La vapeur d'huile ressort du moteur 22 mélangée avec des particules engendrant de la suie. Cette vapeur circule alors vers le condensateur de vapeur d'huile 20 qui la liquéfie. L'huile passe alors dans le filtre à huile 10 qui est associé à des pièges à particules submicroniques. L'huile ressort de 5 ce filtre 10 débarrassée des saletés puis elle est réinjectée dans le bac à huile 21 pour être réutilisée dans le moteur. REVENDICATIONS 1. Système de filtration d'huile de lubrification d'un moteur de véhicule caractérisé en ce qu'il comporte un bloc constitué par une multitude de canaux d'entrée et de sortie du flux d'huile, lesdits canaux étant constitués de céramique poreuse, et placés alternativement. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux poreux sont longilignes. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les canaux d'entrée comportent des pièges à particules submicroniques. 15 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pluralité de canaux sont cimentés les uns aux autres. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, 20 caractérisé en ce que la taille des pores est comprise entre 0.05 nanomètres et 100 micromètres. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comporte en outre un joint en huile adjacent aux extrémités comportant les 25 bouchons. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une enveloppe métallique, un matériau isolant thermiquement et absorbant les vibrations mécaniques et 30 au moins une valve d'huile. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau isolant et absorbant entoure le système de filtration. 2908325 10 9. Circuit d'huile comportant en autre le système de filtration défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 5