Brevet FR2928683A1 — publié le 20090918

DISPOSITIF DE DILUTION DE GAZ DE CARTER DANS UN MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE [6661 La présente invention concerne un dispositif de dilution de gaz de carter dans un moteur de véhicule automobile. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'industrie automobile. [0003] Dans un moteur à combustion interne, la chambre de combustion est délimitée du côté carter par le piston et les segments qui assurent l'étanchéité entre le piston et la paroi du cylindre monté dans le carter. Néanmoins, cette étanchéité n'est jamais parfaite, et du fait même de la conception d'un tel moteur, une fuite d'une partie des gaz de combustion à travers les segments est inévitable. Ces gaz s'écoulent donc io dans le bas du carter, puis remontent généralement vers la culasse par des cheminées, d'où le nom de � gaz de carter � qui leur est donné, ou gaz de � blowby � selon la terminologie anglo-saxone équivalente. [0004] Les gaz de carter sont composés : • - de gaz de combustion, essentiellement de l'eau, du dioxyde de carbone et du 15 diazote, • - de gaz imbrûlés : air, carburant et diazote, • -d'huile. [0005] Ces gaz créés dans le carter du moteur doivent être évacués pour éviter les risques de fuite vers l'extérieur et le rejet dans l'atmosphère d'hydrocarbures 20 polluants, ainsi que pour maintenir le bas du carter en dépression et éviter un incendie du moteur. [0006] C'est pourquoi il est prévu dans les moteurs thermiques d'évacuer ces gaz de carter par des circuits de récupération en boucle fermée fonctionnant par ré-aspiration vers l'admission moteur afin d'être brûlés dans la chambre de combustion. 25 [0007] Cependant, avant d'être réintroduits dans la chambre de combustion, les gaz de carter doivent être débarrassés de l'huile qu'ils contiennent en passant dans un séparateur d'huile à décantation, ceci pour des raisons d'encrassement et de pollution. [0008 ] C'est ainsi qu'a été conçue une architecture de ré-aspiration des gaz de � blowby �, dite mono-branche, comprenant, en partie haute du moteur, un séparateur d'huile pour les gaz de carter aspirés en partie basse. Les gaz de carter ainsi déshuilés sont ensuite entraînés vers la chambre de combustion à travers une branche de ré-aspiration disposée entre la sortie du séparateur d'huile et le conduit d'admission d'air d'alimentation, en aval du boitier papillon. [0009 ] Cette architecture mono-branche connue est principalement utilisée pour les moteurs atmosphériques. Pour les moteurs turbocompressés, une architecture double-branche est proposée dans laquelle une deuxième branche de ré-aspiration des gaz de carter est disposée entre la première branche et le conduit d'admission, en amont du compresseur d'air de suralimentation. Des clapets anti-retour sont placés sur les deux branches afin d'éviter que de l'air d'admission ne remonte vers l'admission ou vers le séparateur d'huile. [ooi o] Lors du fonctionnement du moteur dans des conditions climatiques froides, les gaz de � blow-by � se refroidissent et certains composés initialement gazeux peuvent se condenser en liquide, voire même se solidifier. [ooi 1 ] En particulier, il peut se former un amalgame, c'est-à-dire une émulsion obtenue par agitation d'un mélange d'eau et d'huile en phase liquide. [0012 ] De même, dans des conditions plus sévères, la température des gaz de carter peut tomber au-dessous de 0 °C lors de leur aspiration dans la ligne d'air, de sorte à geler l'eau contenue dans ces gaz. [0013 ] Dans tous les cas, la formation d'un bouchon de glace et/ou d'amalgame a pour conséquence une montée en pression du carter, à l'origine de projections d'huile sous le capot et de casse moteur par vidange de l'huile du carter à travers la jauge à huile ou par les joints. Dans certains cas, un risque d'incendie du véhicule n'est pas exclu. [0014] Pour remédier à ces difficultés, une première solution proposée consiste à implanter dans les moteurs des dispositifs de réchauffage électrique des tuyaux de circulation des gaz de � blow-by � au moyen d'une résistance venant localement réchauffer la surface des tuyaux. [0015] Toutefois, cette solution est le plus souvent coûteuse énergétiquement, du fait du prélèvement effectuée sur l'énergie électrique fournie par l'alternateur, et économiquement, car elle se répercute sur le prix de revient du moteur. De plus, apparaissent également des difficultés d'implantation liées à l'encombrement des tuyaux chauffants et au faisceau électrique nécessaire pour alimenter les résistances de réchauffage. Enfin, la solution n'est que partielle puisque le chauffage étant localisé, le gel ou l'émulsion huile/eau peuvent se former à un autre endroit du circuit. Io [0016] Une deuxième solution consiste cette fois à réchauffer les gaz de � blow-by � par le liquide de refroidissement, les tuyaux de gaz passant à l'intérieur des tuyaux de refroidissement. [0017 Cependant, là aussi, on retrouve les mêmes limites que précédemment concernant le coût, les difficultés d'implantation et l'aspect localisé de la solution. 15 [0018] La demande internationale n ° W02007/039690 propose une troisième solution qui consiste à diluer les gaz de carter avant leur réadmission au niveau de la culasse par un gaz de faible hygrométrie, notamment l'air provenant du circuit d'admission. [0019 ] En particulier, l'air de dilution est réchauffé à travers un conduit passant le long de la culasse ou du collecteur d'échappement avant de diluer les gaz de carter. 20 [0020] L'inconvénient de cette solution est qu'elle nécessite la réalisation d'un conduit supplémentaire, par fonderie ou usinage, ainsi qu'un organe de commande tel qu'une électrovanne par exemple. [0021 ] Aussi, un but de l'invention est de proposer un dispositif de dilution de gaz de carter dans un moteur de véhicule automobile, qui permettrait d'obtenir une ré- 25 aspiration et une dilution efficaces des gaz sans avoir recours à des pièces supplémentaires par rapport aux architectures de ré-aspiration connues utilisées aujourd'hui, notamment l'architecture double-branche. [0022 ] Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un dispositif de dilution de gaz de carter dans un moteur de véhicule automobile, comprenant, en partie haute du moteur, un premier séparateur d'huile pour les gaz de carter aspirés en partie basse du moteur et une première branche de circulation de gaz disposée entre le premier séparateur d'huile et un conduit d'admission d'air d'alimentation, en aval d'une vanne de contrôle d'admission, remarquable en ce que ledit dispositif comprend : • - un deuxième séparateur d'huile de gaz aspirés en partie haute du moteur, ledit deuxième séparateur d'huile étant isolé du premier séparateur, • - une deuxième branche de circulation de gaz disposée entre ledit deuxième séparateur d'huile et ledit conduit d'admission, en amont de ladite vanne de contrôle d'admission. io [0023] Comme on le verra en détail plus loin, le dispositif de dilution conforme à l'invention permet une dilution très efficace des gaz de carter, à vide ou à faibles charges, par circulation de l'air d'admission dans un circuit fermé passant successivement par la deuxième branche, le deuxième séparateur d'huile, le carter en suivant le puits de chaîne de distribution par exemple, le premier séparateur d'huile, la 15 première branche et enfin le circuit d'admission moteur. [0024] Ainsi, l'air sec et froid provenant du filtre à air balaye la totalité du trajet suivi par les gaz de carter pour une dilution parfaite, et ceci selon une architecture similaire à l'architecture double-branche connue. [0025] Dans un mode de réalisation de l'invention approprié aux moteurs 20 turbocompressés, ledit conduit d'admission d'air comprenant un compresseur de suralimentation disposé en amont de la vanne de contrôle d'admission, ladite deuxième branche débouche dans le conduit d'admission en amont dudit compresseur, et ladite première branche comporte un clapet anti-retour des gaz vers le premier séparateur d'huile. 25 [0026] Dans ce contexte, l'invention prévoit que ladite deuxième branche comporte un limiteur de débit de l'air de dilution circulant vers le deuxième séparateur d'huile. [0027] 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. [0028 ] La figure 1 est un schéma d'un moteur atmosphérique équipé d'un dispositif de dilution conforme à l'invention. [0029 ] La figure 2 est un schéma d'un moteur turbocompressé équipé d'un dispositif de dilution conforme à l'invention. [0030 ] Sur la figure 1, on a représenté par des flèches comment circulent les gaz de carter dans un moteur, qu'il soit atmosphérique ou turbocompressé. Ces gaz proviennent d'une fuite à travers les segments 11 d'un piston 10 des gaz de combustion et des gaz imbrûlés présents dans la chambre 20 de combustion. Ils atteignent ensuite le carter 30, en partie basse du moteur, puis remontent en partie haute à travers des cheminées 31 pour être introduits dans un premier séparateur 41 d'huile afin de les débarrasser de l'huile résiduelle qu'ils contiennent. L'huile ainsi récupérée du séparateur 41 redescend par gravité dans la réserve 32 d'huile située au fond du carter 30. [0031 ] Comme le montre la figure 1, et conformément aux architectures mono-branche et double-branche de ré-aspiration des gaz de � blow-by � connues, une première branche 50 de circulation de gaz est disposée entre le premier séparateur 41 d'huile et un conduit 60 d'admission d'air d'alimentation, en aval d'une boitier papillon 61 de contrôle d'admission dont la fonction est d'ajuster le débit d'air admis dans la chambre 20 de combustion en fonction de la demande du conducteur du véhicule. Le boitier papillon 61 s'ouvre aux régimes élevés et se ferme à bas régimes ou à vide. [0032] En sortie du premier séparateur 41, une vanne 51 de contrôle de pression est placée sur la première branche 50 de manière à assurer une circulation des gaz de � blow-by � dans cette branche selon le sens indiqué par les flèches. [0033 ] On peut voir sur la figure 1 la présence d'un deuxième séparateur 42 d'huile, isolé du premier séparateur 41, destiné à déshuiler les gaz dits de � culasse � aspirés en partie haute du moteur. Les deux séparateurs 41, 42 peuvent être obtenus par exemple en divisant en deux parties un séparateur unique, comme celui existant dans les architectures mono-branche et double-branche connues. Entre ce deuxième séparateur 42 et un point du circuit 60 d'admission moteur situé en aval d'un filtre 62 à air et en amont du boitier papillon 61 de contrôle d'admission, s'étend une deuxième branche 70 de circulation de gaz. [0034] A pleine charge, la répartition des pressions est telle que les gaz de � blowby � sont ré-aspirés vers l'admission moteur à travers la première branche 50, de même que les gaz de � culasse � sont également réinjectés dans le circuit d'admission en passant par la deuxième branche 70 et en traversant le boitier papillon 61 de contrôle d'admission alors en position ouverte. [0035] A charge réduite ou à vide, le boitier papillon 61 étant en position fermée ou quasi fermée, la pression en aval de la vanne est faible, favorisant l'aspiration des gaz de carter, tandis qu'elle s'élève en amont. II en résulte que de l'air d'admission peut circuler dans la deuxième branche 70 dans le sens inverse de celui de l'aspiration des io gaz carter sous fortes charges, comme l'indique la figure 1. L'air d'admission sec et froid remonte ainsi vers le deuxième séparateur 42 d'huile qu'il traverse en diluant les gaz de � culasse �. Puis, il redescend vers le carter 30 en passant par exemple par le puits de chaîne de distribution. II rencontre alors les gaz de � blow-by � qu'il dilue en les accompagnant vers le deuxième séparateur 41 et, de là, vers l'admission moteur à 15 travers la première branche 50. [0036] On obtient ainsi, quel que soit le régime moteur, la réinjection recherchée des gaz de carter à l'admission, et, à bas régime, une dilution très efficace de ces gaz. [0037] La figure 2 montre comment les gaz de carter peuvent être dilués dans le cas d'une application de l'invention à un moteur turbocompressé. 20 [0038] Comme on peut le voir sur la figure 2, le circuit 60 d'admission comporte, outre le boitier papillon 61 de contrôle d'admission, un compresseur 63 entraîné par une turbine, non représentée, et un refroidisseur 64 d'air de suralimentation (RAS). La deuxième branche 70 de circulation de gaz débouche en amont du compresseur 63, tout en restant en aval du filtre 62 à air. 25 [0039] A pleine charge, la pression à l'admission, c'est-à-dire en aval du boitier papillon 61 peut être très élevée, ce qui rend impossible la ré-aspiration des gaz de � blow-by � par la première branche 50. Au contraire, afin d'éviter d'injecter dans ces conditions de l'air sous pression dans la partie haute du moteur, un clapet anti-retour 52 est placé sur la première branche 50. Comme dans le cas du moteur 30 atmosphérique de la figure 1, la ré-aspiration des gaz et leur injection à l'admission se font par la deuxième branche 70. [0040 ] A charge réduite ou à vide, on retrouve le fonctionnement de la figure 1 où la deuxième branche 70 est utilisé pour introduire dans le moteur de l'air sec et frais et y diluer les gaz de carter, la ré-aspiration et l'injection à l'admission de ces gaz dilués étant réalisées à travers la première branche 50 et le clapet anti-retour 52 qui, cette fois, se trouve dans le sens passant. [0041 ] On peut observer sur la figure 2 la présence d'un limiteur de débit de l'air de dilution constitué d'un venturi 71 en parallèle avec un deuxième clapet anti-retour 72, passant dans le sens de la ré-aspiration de gaz de carter. Dans ce sens, aucune perte de charge ne vient limiter le débit, tandis que dans l'autre sens, celui de la dilution, le io débit d'air est imposé par le venturi 71. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dilution de gaz de carter dans un moteur de véhicule automobile, comprenant, en partie haute du moteur, un premier séparateur (41) d'huile pour les gaz de carter aspirés en partie basse du moteur et une première branche (50) de circulation de gaz disposée entre le premier (41) séparateur d'huile et un conduit (60) d'admission d'air d'alimentation, en aval d'une vanne (61) de contrôle d'admission, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend : • un deuxième séparateur (42) d'huile de gaz aspirés en partie haute du moteur, ledit deuxième séparateur d'huile étant isolé du premier séparateur (41), io ^ une deuxième branche (70) de circulation de gaz disposée entre ledit deuxième séparateur (42) d'huile et ledit conduit (60) d'admission, en amont de ladite vanne (61) de contrôle d'admission. 2. Dispositif de dilution selon la revendication 1, dans lequel, ledit conduit (60) d'admission d'air comprenant un compresseur (63) de suralimentation disposé en 15 amont du boitier papillon (61) de contrôle d'admission, ladite deuxième branche (70) débouche dans le conduit d'admission en amont dudit compresseur, et ladite première branche (50) comporte un clapet anti-retour (52) des gaz vers le premier séparateur (41) d'huile. 3. Dispositif de dilution selon la revendication 2, dans lequel ladite deuxième branche 20 (70) comporte un limiteur (71, 72) de débit de l'air de dilution circulant vers le deuxième séparateur (42) d'huile. 4. Dispositif de dilution selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite première branche (50) comporte une vanne (51) de régulation de pression. 5. Moteur pour véhicules automobiles équipés d'un dispositif de dilution de gaz de 25 carter selon l'une quelconque des revendications précédentes.