Brevet FR2964706A1 — publié le 20120316

DISPOSITIF DE RECUPERATION ET D'EVACUATION DE L'EAU CONTENUE DANS L'AIR A L'ADMISSION D'UN MOTEUR ET PROCEDE DE VIDANGE ASSOCIE [0001 L'invention porte sur le domaine des dispositifs de séparation et d'évacuation de l'eau dans la ligne d'admission d'air des moteurs à combustion et plus particulièrement sur les dispositifs équipant communément les filtres à air automobiles. [0002 L'air introduit dans un moteur à combustion pour son fonctionnement doit être filtré afin de le débarrasser des particules et poussières qu'il contient. Cette fonction est réalisée à l'aide d'un filtre à air, présentant généralement une cartouche filtrante contentant des plis de papier assurant la filtration de l'air. [0003] L'air doit également être débarrassé de l'eau qu'il contient. Pour cela, des fibres sont disposées en partie basse de la cartouche filtrante. Ces fibres ont la faculté de retenir les gouttes d'eau entrainées par le flux d'air. L'eau ainsi captée est collectée par gravité dans un puits de stockage, formant ainsi un dispositif généralement appelé de décantation de l'air à l'admission. [0004] Le système de décantation comporte un puits de stockage qui se rempli au fur et a mesure de la décantation de l'eau. Le puits est doté en sa partie basse d'un clapet automatique dit « bec de canard », dont l'ouverture est déclenchée par la pression qu'il subit. Les clapets « bec de canard » autorisent l'écoulement avec une pression différentielle positive. Le refoulement est empêché avec une pression différentielle négative. [0005] Une fois le puits de décantation suffisamment plein, c'est-à-dire lorsque la hauteur d'eau dans le puits est suffisante pour permettre l'écoulement au travers du clapet, l'eau accumulée dans le puits s'écoule et le puits se vide. [0006] Cependant, la pression vue par le clapet dépend non seulement de la hauteur de l'eau dans le puits de stockage, mais également de la dépression qui règne dans le conduit d'admission du moteur, en amont du filtre à air. Ainsi, ce système trouve ses limites lorsque le moteur fonctionne à charge élevée, avec un grand débit d'air, qui génère une dépression élevée à l'admission, et que la hauteur maximale d'eau stockable dans le puits est limitée par les contraintes d'implantation du puits de décantation. Il existe alors un risque que le puits ne se vidange pas correctement, et que le moteur aspire de l'eau, ce qui peut l'endommager. Par exemple, sur les moteurs de type Diesel, le passage d'eau à l'admission peut oxyder les parties sensibles d'un doseur d'air et perturber leur bon fonctionnement. [000n Dans l'invention, on vise à résoudre ce problème en proposant un moyen de vidange du puits de décantation dont le fonctionnement ne dépend pas de la pression à l'admission, mais uniquement de la hauteur d'eau dans le puits de décantation. [000si Plus précisément, l'invention porte donc sur un dispositif de récupération et d'évacuation de l'eau présente dans une conduite d'admission d'air d'un moteur à combustion comportant : - une portion de conduit d'admission ; - des moyens de captation de l'eau disposés dans la portion de conduit ; - un puits de stockage de l'eau captée ; ^ des moyens d'amenée de l'eau entre les moyens de captation et le puits de stockage, - un clapet de vidange en partie basse du puits de stockage ; [0009] dans lequel le dispositif comporte système d'obturation des moyens d'amenée de l'eau dans le puits, lors de sa vidange de l'eau contenue dans le puits, et dans lequel une poche expansible étanche, tendant à reprendre sa position expansée en l'absence de contrainte s'exerçant sur elle, est disposée dans le puits, ladite poche étant liée fluidiquement à un second clapet apte à isoler ou mettre l'intérieur de la poche en communication avec la portion de conduit d'admission en aval des moyens de captation de l'eau, ou avec l'atmosphère. [0010 En commandant l'expansion ou la rétractation de la poche expansible par sa mise en communication avec l'aval la conduite d'admission (la dépression y régnant tendant à rétracter la poche) ou avec le milieu ambiant à la pression atmosphérique (ce qui permet à la poche de prendre sa position expansée par défaut), et en isolant judicieusement le puits portion de conduit, il est possible d'obtenir un moyen de vidange du puits indépendant du niveau de dépression dans la conduite, donc du niveau de charge imposé au moteur équipé du dispositif. [0011] De préférence la portion de conduit d'admission est formée par la cuve d'un filtre à air. En effet, les moyens de captation de l'eau sont de manière connue disposés dans le filtre à air. Il s'agit par exemple d'une couche de fibres spécifiques positionnées sous la partie filtrante (plis de papier) du filtre. [0012] De préférence, la poche expansible est constituée d'un soufflet. C'est un moyen simple d'obtenir une poche expansible compatible de l'invention. En outre, l'expansion unidirectionnelle d'un soufflet s'adapte à la configuration du dispositif (expansion de la poche dans un puits). [0013] Dans une variante de l'invention, le soufflet comporte un ressort interne tendant à le ramener en position expansé en l'absence d'autres contraintes s'exerçant sur ledit soufflet. Bien qu'il soit possible de réaliser un soufflet tendant de lui-même à reprendre une position expansée, l'ajout d'un ressort est un moyen simple et peu couteux de garantir cette fonction. [0014] De préférence, le dispositif de fermeture des moyens d'amenée est commandé par un flotteur disposé dans le puits. De préférence, le flotteur est conformé pour obstruer les moyens d'amenée de l'eau, lorsque le niveau de l'eau dans le puits dépasse un niveau donné. De préférence, le flotteur commande le second clapet. La commande du dispositif est ainsi directement pilotée par le niveau de l'eau dans le puits, sans autre dispositif intermédiaire qu'un flotteur. Une telle commande directe est gage de fiabilité. [0015] De préférence, un volume intermédiaire, apte à faire réserve de vide, est disposé entre la poche expansible et le second clapet. Cela permet de garantir encore plus efficacement la rétractation de la poche expansible. [0016] De préférence, le capet de vidange est doté d'un amortisseur permettant de retarder sa fermeture. Cela permet de garantir la vidange complète du puits avant refermeture du clapet de vidange. [0017] Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le clapet de vidange est du type s'ouvrant automatiquement sous l'effet d'une pression donnée exercée à l'intérieur du puits. Cela correspond notamment aux clapets généralement désignés par l'expression « bec de canard ». Ce sont des clapet généralement employés dans l'art antérieur pour cette fonction de vidange du puits, le contrôle obtenu sur la pression dans le puits grâce à l'invention permettant de rendre son ouverture indépendante de la pression dans la ligne d'admission. [0018] Selon un second mode de réalisation de l'invention, le clapet de vidange est du type présentant un obturateur lié la poche expansible, mobile avec l'expansion et la contraction de la poche expansible. De préférence, le second clapet est alors en outre conformé pour permettre la mise en communication ou l'isolation du puits avec l'atmosphère. L'adoption d'un clapet à obturateur permet sa commande uniquement par le niveau de l'eau dans le puits, indépendamment de la pression dans le conduit d'admission, et permet en outre l'adoption d'un clapet de vidange à forte section, permettant une vidange rapide du puits. [0019] L'invention porte également sur un procédé de vidange d'un puits de stockage d'eau d'un dispositif conforme au premier mode de réalisation de l'invention, comportant les étapes suivantes : - fermeture des moyens d'amenée de l'eau dans le puits, - isolation de la poche expansible vis-à-vis de la portion de conduit d'admission, - établissement de pression atmosphérique dans la poche expansible, tendant à faire rendre à la poche une position expansée, - ouverture du clapet de vidange sous l'effet de la pression générée par l'eau dans le puits et l'expansion de la poche. - L'invention porte également sur un procédé de vidange d'un puits de stockage d'eau d'un dispositif conforme au second mode de réalisation de l'invention, comportant les étapes suivantes : ^ fermeture des moyens d'amenée de l'eau dans le puits, - isolation de la poche expansible vis-à-vis du conduit d'admission, - mise en communication de la l'intérieur de la poche expansible avec la portion de conduit d'admission, tendant à faire rendre à la poche une position rétractée, - ouverture du clapet de vidange sous l'effet de la rétractation de la poche, lié à l'obturateur du clapet de vidange. [0020] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement le système dans son mode de réalisation préférentiel, ainsi que les différentes phases d'utilisation (remplissage, vidange, etc.) d'un dispositif selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. ^ La figure 1 présente schématiquement une vue partielle d'un dispositif selon une première variante préférentielle de l'invention, lorsque le moteur équipé d'une telle conduite est arrêté. - La figure 2 présente schématiquement une vue partielle d'un dispositif conforme à cette variante préférentielle de l'invention, lorsque le moteur équipé d'une telle conduite est en fonctionnement. - La figure 3 présente schématiquement une vue partielle d'un dispositif conforme à cette variante préférentielle de l'invention, peu de temps avant qu'une vidange du puits ne débute. - La figure 4 présente schématiquement une vue partielle d'un dispositif conforme à cette variante préférentielle de l'invention, pendant une vidange du puits. - La figure 5 présente schématiquement une vue partielle d'un dispositif selon une seconde variante préférentielle de l'invention, lorsque le moteur équipé d'une telle conduite est arrêté ou en fonctionnement, en l'absence d'eau dans le puits. - La figure 6 présente une vue partielle d'un dispositif conforme à cette seconde variante préférentielle de l'invention, pendant une vidange du puits. [0021] Tel que présentée en figure 1, un dispositif de récupération et d'évacuation de l'eau contenue dans l'air à l'admission d'un moteur à combustion conforme à l'invention comporte des moyens de captation des gouttelettes d'eau présentes dans l'air circulant dans la ligne d'admission. Les moyens de captation sont, dans la variante ici représentée, agencés au niveau d'un filtre à air présent dans la ligne d'admission. La cuve du filtre à air forme alors une portion de conduit d'admission [0022] La cartouche ou élément filtrant est dans le cas présent en partie haute du filtre à air. Cette cartouche est composée de papier plié et dans sa partie inférieur un panneau de fibres collés sous les plis du papier et formant des moyens de captation 2 de l'eau à l'admission. Dans notre cas, la cartouche est dans un plan horizontal et insérée au niveau du plan de fermeture entre la partie inférieur de la cuve du filtre à air, et le couvercle en partie supérieure de la cuve. [0023] Le dispositif comporte donc de moyens de captation 2 comportant dans la variante ici représentée des fibres adéquates permettant la séparation des gouttelettes d'eau, qui descendent par gravité, via des moyens d'amenée 3, dans un puits 4 de stockage de l'eau. [0024] Le puits de stockage est doté d'un clapet de vidange 5 en partie basse, en l'occurrence un clapet de type « bec de canard » s'ouvrant au-delà d'une pression déterminée régnant dans le puits 4. Cette configuration générale est d'ailleurs connue dans l'art antérieur, l'ouverture du clapet de vidange 5 étant alors provoquée par la pression de la colonne d'eau formée dans le puits 4. [0025] Les moyens d'amenée 3 débouchent dans le puits par au moins un orifice 6 de remplissage du puits. Un flotteur 7 est constitutif d'un système d'obturation des orifices 6 lorsque le niveau de l'eau dans le puits 4 de stockage dépasse un niveau prédéfini. [0026] Dans l'invention, une poche expansible 8 étanche, ici constituée d'un soufflet, est disposée dans le puits 4. La poche expansible employée dans l'invention tend à adopter une position expansée lorsqu'elle n'est soumise à aucune contrainte particulière. Pour cela, il est par exemple possible de doter le soufflet d'un ressort intérieur 9. Plus simplement, la poche pourra être constituée d'un matériau aux propriétés élastiques et/ou être d'une forme adaptée à son retour en expansion. [0027] Dans l'invention, un second clapet 10 relié fluidiquement à l'intérieur de la poche expansible 8 par un conduit de liaison 11 pouvant comporter un volume intermédiaire faisant réserve de vide, et est conformé et disposé de sorte à permettre soit la communication de la poche expansible 8 avec la portion de conduit d'admission 1, en aval des moyens de captation 2, soit la communication de la poche expansible 8 avec l'atmosphère (environnement ambiant du dispositif, à la pression atmosphérique). [0028] Un second ressort 12 maintient par défaut en position le second clapet 10 de sorte à permettre la communication de la poche expansible 8 et de la portion de conduit d'admission 1 en aval des moyens de captation 2, et à obturer la communication entre la poche 8 et l'atmosphère. [0029] Dans la variante préférentielle ici représentée, le flotteur 7 comporte une tige 71 formant un moyen d'actionnement du second clapet 10. [0030] A la figure 1, le dispositif est représenté lorsque le moteur équipé du dispositif est à l'arrêt. Il règne dans portion de conduit d'amission (cuve du filtre à air) une première pression P1 en amont des moyens de captation 2 de l'eau égale à la seconde pression P2 en aval des moyens de captation 2 de l'eau. Le soufflet, ne subissant aucune contrainte, est en position expansée. [0031] Le flotteur 7, en l'absence d'eau dans le puits 4 de stockage repose sur des butées 13 ménagées dans le puits 4. [0032] A la figure 2, le dispositif est représenté lorsque le moteur équipé du dispositif est en fonctionnement. De l'air circule alors dans la portion de conduit d'admission 1, et les moyens de captation 2 de l'eau, éventuellement associés aux substrats de filtration de l'air, génèrent une perte de charge, de sorte que la seconde pression P2 en aval des moyens de captation 2 et inférieure à la première pression P1 en amont des moyens de captation 2. [0033] Le second clapet 10 permettant la communication entre l'intérieur de la poche 8 et la portion de conduit en aval des moyen de captation 2, et les moyens d'amenée de l'eau dans le puits étant ouverts (les orifices 6 ne sont pas obturés), la pression dans la poche expansible est égale à la seconde pression P2, et la pression dans le puits est égale à la première pression P1. [0034] P2 étant sensiblement inférieure à P1, la poche 8 expansible prend alors une forme contractée. [0035] La figure 3 présente le dispositif en train de se capter l'eau présente dans l'air à l'admission d'un moteur équipé dudit dispositif, afin de la stocker dans le puits de stockage 4. [0036] L'équilibre des premières et seconde pression est le même que dans la situation de vie représentée en figure 2, de sorte que la poche expansible 8 conserve sa position rétractée. Le puits est partiellement rempli d'eau, sur la quelle le flotteur 7 flotte. Dans la position du flotteur ici représentée, les orifices 6 commencent tout juste à être obstrués par le flotteur 7. [0037] La figure 4 présente le dispositif lors de la vidange de l'eau stockée dans le puits de stockage 4. Le flotteur 7 obstrue alors les orifices 6, de sorte que le puits est isolé de la portion de conduit en amont des moyens de captation 2, à la première pression P1. La tige 71 actionne le second clapet 10, isolant ainsi l'intérieur de la poche 8 de la portion de conduit en aval des moyens de captation, à la seconde pression P2. [0038] Concomitamment, l'intérieur de la poche 8 est mis en communication avec l'atmosphère, via une mise à l'air 13. L'effet combiné de la pression dans la partie inférieure du puits générée par la hauteur d'eau stockée, et de la pression générée dans le puits par la poche expansible tendant à reprendre sa position expansée, le clapet de vidange 5, et la vidange de l'eau stockée se produit. Pendant une grande partie de la durée d'expansion de la poche 8, le niveau de l'eau dans le puits reste donc sensiblement invariant, si bien que la poche est maintenue en communication avec l'air ambiant à la pression atmosphérique, tandis que le puits 4 demeure isolé de la conduite d'admission. Une fois que le poche a pris son état expansé, la vidange amorcée se poursuit sous l'effet de la hauteur de la colonne d'eau dans le puits, suffisamment pour faire descendre le flotteur dans le puits, de sorte à ce qu'il n'actionne plus le second clapet 10. Le second ressort 12 [0039] L'intérieur de la poche expansible 8 n'est alors plus en communication avec l'air ambiant à la pression atmosphérique, mais de nouveau avec la portion de conduit d'admission 1, en aval des moyens de captation 2 de l'eau. De même, les orifices 6 sont progressivement découverts, remettant le puits en communication avec la portion de conduit d'admission en amont des moyens de captation 2, via les moyens d'amenée 3. [0040] La poche expansible 8 se contracte alors, et le dispositif reprend son état tel que présenté en figure 2. Un nouveau cycle de remplissage et de vidange du puits 4 peut alors commencer. [0041] La figure 5 présente schématiquement une vue partielle d'un dispositif selon une seconde variante préférentielle de l'invention, lorsque le moteur équipé d'une telle conduite est arrêté ou en fonctionnement, en l'absence d'eau dans le puits. A la différence du dispositif présenté aux figures précédentes, le clapet n'est pas du type s'ouvrant sous l'action de la pression dans le puits, mais présente un obturateur 51, lié à la poche expansible 8. Ainsi, lorsque la poche 8 est en position expansée, le clapet de vidange 5 est fermé, et lorsque la poche est en position rétractée, le clapet de vidange est en position ouverte. [0042] Dans cette variante telle que présentée, le second clapet 10 est quant à lui adapté pour permette, outre la mise en communication de la poche avec la portion de conduit en aval des moyens de captation 2 de l'eau ou avec l'atmosphère (milieu ambiant à la pression atmosphérique), mais également la mise en communication du puits avec l'atmosphère. Une mise à l'air optionnelle 14 permet la mise en communication permanente du puits avec l'atmosphère, via une fuite calibrée, permettant une compensation au moyen partielle de la dépression dans le puits, sans créer pour autant une entrée d'air significative dans le conduit d'admission. [0043] Au repos, en l'absence d'eau dans le puits 4, tel que présenté en figure 5, l'intérieur de la poche 5 est à la pression atmosphérique. L'intérieur du puits est à la première pression P1, inférieure à la pression atmosphérique, ce qui concoure au maintien de la poche en position expansée. Dans l'hypothèse ou le puits est doté d'une mise à l'air 14, la poche 5 conserve néanmoins la position expansée, qui est sa position naturelle en l'absence de contraintes particulières. [0044] La figure 6 présente le dispositif lors de la vidange de l'eau stockée dans le puits de stockage 4. Le flotteur 7 obstrue alors les orifices 6, de sorte que le puits est isolé de la portion de conduit 1 en amont des moyens de captation 2, à la première pression P1. [0045] La tige 71 actionne le second clapet 10, mettant ainsi l'intérieur de la poche 8 en communication avec la portion de conduit d'admission 1 en aval des moyens de captation 2, à la seconde pression P2. Le puits 4 est mis concomitamment à la pression atmosphérique. La poche 5 adopte alors sa position rétractée, entrainant l'ouverture de l'obturateur 51, et la vidange de l'eau par gravité. Le flotteur redescendant, l'équilibre des pressions va rapidement revenir dans l'état présenté à la figure 1, la poche va retrouver sa position expansée, et le clapet de vidange 5 va se refermer. Dans cette variante, il est néanmoins possible d'adopter un clapet de vidange 5 de fort diamètre, de sorte que la vidange est rapide, ce qui permet une vidange totale du puits, éventuellement aidée par la mise en place d'une réserve de vide entre la poche 8 et le second clapet 10. [0046] Par ailleurs, dans toutes les variantes de l'invention, un amortisseur (non représenté, et généralement désigné par l'expression anglophone « dash-pot ») peut permettre de maintenir le clapet de vidange 5 en position ouverte le temps nécessaire à la vidange complète du puits 4. Le dash-pot ou amortisseur peut être lié au flotteur afin de ralentir sa couse de descente et donc de laisser le système en position de purge plus longtemps. (clapet 10 restera en position haute= fermée plus longtemps). [0047] L'invention propose ainsi un dispositif permettant de décorréler la vidange du puits de stockage d'un moyen de récupération d'eau à l'admission d'un moteur du niveau de pression régnant dans la conduite d'admission. Il permet également de proposer une solution efficace à la purge d'un tel puits, dans le cadre d'applications nécessitant l'emploi d'un puits de faible profondeur. REVENDICATIONS: 1. Dispositif de récupération et d'évacuation de l'eau présente dans une conduite d'admission d'air d'un moteur à combustion comportant : - une portion de conduit d'admission (1); ^ des moyens de captation (2) de l'eau disposés dans la portion de conduit (1) ; - un puits (4) de stockage de l'eau captée ; - des moyens d'amenée (3) de l'eau entre les moyens de captation (2) et le puits (4) de stockage ; ^ un clapet de vidange (5) en partie basse du puits (4) de stockage, caractérisé en ce que le dispositif comporte un système d'obturation des moyens d'amenée (3) de l'eau dans le puits (4), lors de sa vidange de l'eau contenue dans le puits (4), et en ce qu'une poche (8) expansible étanche, tendant à reprendre sa position expansée en l'absence de contrainte s'exerçant sur elle, est disposée dans le puits (4), ladite poche (8) étant liée fluidiquement à un second clapet (10) apte à isoler ou mettre l'intérieur de la poche (8) en communication avec la portion de conduit d'admission en aval des moyens de captation de l'eau, ou avec l'atmosphère. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portion de conduit d'admission est formée par la cuve d'un filtre à air. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ce que la poche (8) expansible est constituée d'un soufflet. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le soufflet comporte un ressort interne tendant à le ramener en position expansé en l'absence d'autres contraintes s'exerçant sur ledit soufflet. 5. Dispositif l'une des quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de fermeture des moyens d'amenée est commandé par un flotteur (7) disposé dans le puits (4). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le flotteur (7) est conformé pour obstruer les moyens d'amenée (3) de l'eau, lorsque le niveau de l'eau dans le puits (4) dépasse un niveau donné. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en que le flotteur (7) commande le second clapet (10). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un volume intermédiaire, apte à faire réserve de vide, est disposé entre la poche (8) expansible et le second clapet (10). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capet de vidange (5) est doté d'un amortisseur permettant de retarder sa fermeture. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet de vidange (5) est du type s'ouvrant automatiquement sous l'effet d'une pression donnée exercée à l'intérieur du puits (4). 11. Dispositif l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le clapet de vidange (5) est du type présentant un obturateur lié la poche (8) expansible, mobile avec l'expansion et la contraction de la poche (8) expansible. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le second clapet (10) est en outre conformé pour permettre la mise en communication ou l'isolation du puits (4) avec l'atmosphère. 13. Procédé de vidange d'un puits (4) de stockage d'eau d'un dispositif conforme à la revendication 10, comportant les étapes suivantes : - fermeture des moyens d'amenée de l'eau dans le puits (4), isolation de la poche (8) expansible vis-à-vis de la portion de conduit d'admission, - établissement de pression atmosphérique dans la poche (8) expansible, tendant à faire rendre à la poche (8) une position expansée,- ouverture du clapet de vidange (5) sous l'effet de la pression générée par l'eau dans le puits (4) et l'expansion de la poche (8). 14. Procédé de vidange d'un puits (4) de stockage d'eau d'un dispositif conforme à la revendication 11 ou la revendication 12, comportant les étapes suivantes : ^ fermeture des moyens d'amenée de l'eau dans le puits (4), - isolation de la poche expansible vis-à-vis de la portion de conduit d'admission (1), - mise en communication de la l'intérieur de la poche (8) expansible avec la portion de conduit d'admission, tendant à faire rendre à la poche une position rétractée, - ouverture du clapet de vidange (5) sous l'effet de la rétractation de la poche (8) liée à l'obturateur (51) du clapet de vidange.15