Brevet FR2984175A1 — publié le 20130621

La présente invention concerne un dispositif de séparation d'huile, destiné à séparer des gouttelettes d'huile d'un flux gazeux, en particulier pour un moteur à combustion d'un véhicule automobile. Un moteur à combustion comprend classiquement une chambre de 5 combustion dans laquelle est admis un mélange gazeux de combustible et d'air. Au cours du cycle thermodynamique du moteur à combustion, il arrive qu'une partie des gaz de combustion s'infiltre entre le piston et le cylindre dans le carter d'huile du moteur. Ces gaz, appelés gaz de carter, peuvent détériorer le moteur. Il est ainsi connu de les évacuer et de les réutiliser en les recyclant 10 dans le mélange gazeux. Toutefois, les gaz de carter évacués sont chargés de gouttelettes d'huile en suspension collectées dans le carter. Ces gouttelettes d'huile encrassent les éléments du moteur parcourus par les gaz de carter, notamment la ligne d'admission d'air. De plus, ils contribuent à la 15 consommation d'huile. Enfin, compte-tenu des normes anti-pollution de plus en plus drastiques, il est devenu nécessaire de purifier l'air entrant dans la composition du mélange gazeux en éliminant par exemple les gouttelettes d'huile en suspension pour une combustion la meilleure possible. Il est ainsi connu du document de brevet W02005/049176 20 d'éliminer les gouttelettes d'huile transportées par les gaz de carter avec un dispositif séparateur d'huile imprimant au flux de gaz de carter le traversant un mouvement de tourbillon, destiné à séparer les gouttelettes d'huile des gaz de carter par centrifugation. Les gouttelettes d'huile sont ainsi projetées contre une paroi intérieure lisse d'un conteneur sur laquelle elles glissent en direction 25 d'une gorge destinée à les collecter. Ce dispositif séparateur d'huile permet une séparation efficace des gouttelettes d'huile par centrifugation. Cependant, du fait de l'écoulement des gouttelettes d'huile le long de la paroi intérieure lisse, il existe un risque de ré-aspiration de ces gouttelettes d'huile par le flux de gaz de carter, avant leur arrivée dans la gorge permettant de les collecter. 30 Par ailleurs, le débit de gaz de carter dont il faut éliminer les gouttelettes d'huile en suspension augmente avec le régime moteur. Cependant, les dispositifs séparateurs d'huile existants n'offrent généralement pas la possibilité de s'adapter au régime moteur, et de permettre simultanément une séparation efficace des gouttelettes d'huile pour la totalité 35 du flux de gaz de carter. Il peut résulter de cette absence d'adaptation au régime moteur des pertes de charge lorsque le débit de flux de gaz de carter augmente. Ces pertes de charge entraînent une mise en pression du moteur, ce qui lui est dommageable. Aussi la présente invention vise à pallier tout ou partie de ces inconvénients en proposant un dispositif de séparation d'huile offrant la possibilité de s'adapter au régime moteur pour éviter les pertes de charge tout en continuant d'assurer une séparation efficace des gouttelettes d'huile, y compris lorsque le régime moteur augmente, et en limitant les risques de ré-aspiration des gouttelettes d'huile séparées. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de séparation d'huile, destiné à séparer des gouttelettes d'huile d'un flux gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi principale avec un orifice d'entrée du flux gazeux, un organe de rétention des gouttelettes d'huile sensiblement tubulaire dans lequel débouche l'orifice d'entrée, un organe d'obstruction de l'orifice d'entrée, supporté par des moyens de guidage en translation, mobile dans l'organe de rétention entre une position de repos dans laquelle il est en appui contre la paroi principale et une position de surpression dans laquelle il est à distance de la paroi principale, et des moyens de rappel destinés à rappeler l'organe d'obstruction en position de repos, l'organe d'obstruction comprenant une ouverture destinée à être traversée par le flux gazeux, en travers de laquelle est agencée une hélice fixe, et une face d'appui et de déflexion entourant l'ouverture comprenant l'hélice fixe, la face d'appui et de déflexion étant destinée à venir en appui contre la paroi principale lorsque l'organe d'obstruction est en position de repos et à dévier le flux gazeux vers l'organe de rétention lorsque l'organe d'obstruction est en position de surpression, et dans lequel la face d'appui et de déflexion délimite avec l'organe de rétention au moins un passage pour la circulation du flux gazeux lorsque l'organe d'obstruction est en position de surpression. Ainsi, le dispositif de séparation d'huile selon l'invention permet, par l'intermédiaire de l'hélice fixe, de séparer les gouttelettes d'huile du flux gazeux par centrifugation. Les gouttelettes sont projetées contre l'organe de rétention qui assure leur collecte et les retient de manière à éviter leur ré-aspiration par le flux gazeux. En outre, la mobilité de l'organe d'obstruction dans le conduit formé par l'organe de rétention et la libération de passages contribue à limiter les pertes de charge, malgré les variations du régime moteur. Néanmoins, la libération de ces passages ne s'accompagne pas d'une baisse des performances du dispositif selon l'invention, car la partie du flux gazeux circulant dans ces passages est déviée en direction de l'organe de rétention grâce à la face d'appui et de déflexion ; les gouttelettes d'huile en suspension dans cette partie du flux gazeux sont donc projetées contre l'organe de rétention et retenues par ce dernier. Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, l'organe de rétention délimite un conduit pour l'écoulement du flux gazeux. Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, l'hélice comprend au moins une pale délimitant avec une paroi interne de l'ouverture de l'organe d'obstruction au moins une fenêtre destinée à la 10 circulation du flux gazeux. De manière avantageuse, au moins une pale est orientée en direction de l'organe de rétention. Ainsi, les pales de l'hélice sont conformées pour projeter les gouttelettes d'huile en direction de l'organe de rétention. 15 Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une paroi latérale sensiblement tubulaire et ajourée contre laquelle est disposé l'organe de rétention. Cette paroi latérale forme une cage périphérique permettant de supporter l'organe de rétention d'une part, et d'évacuer les gouttelettes d'huile 20 retenues par l'organe de rétention d'autre part. Les gouttelettes d'huile traversent l'organe de rétention et les ouvertures (ou inversement) et peuvent être collectées et acheminées par gravité dans le carter d'huile. Selon une autre caractéristique du dispositif selon l'invention, les moyens de guidage en translation comprennent un palier de guidage et une 25 tige de coulissement destinée à coulisser dans le palier de guidage, l'organe d'obstruction étant relié à une extrémité proximale de la tige de coulissement. Selon une possibilité, le palier de guidage comprend au moins un orifice de sortie du flux gazeux. Avantageusement, les moyens de rappel comprennent un ressort 30 dont une première extrémité est reliée au palier de guidage et une deuxième extrémité à la tige de coulissement. Selon une possibilité, la face d'appui et de déflexion présente un contour sensiblement cylindrique dont le diamètre est supérieur à celui de l'orifice d'entrée et inférieur à un diamètre intérieur de l'organe de rétention ou 35 de la paroi latérale. Selon une forme d'exécution, l'organe de rétention comprend un matériau poreux à base de fibres. Selon un autre aspect de la présente invention, celle-ci concerne un moteur à combustion interne comprenant un dispositif de séparation d'huile 5 conforme à l'invention. Selon encore un autre aspect de la présente invention, celle-ci concerne également un véhicule automobile comprenant un moteur ayant les caractéristiques précitées. 10 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront clairement de la description donnée ci-après d'un mode particulier de réalisation de la présente invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective et de derrière d'un 15 dispositif de séparation d'huile selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective et de devant d'un dispositif de séparation d'huile selon un mode de réalisation de l'invention, 20 - la figure 3 est une vue en perspective et en coupe longitudinale d'un dispositif de séparation d'huile selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective éclatée et de derrière d'un dispositif de séparation d'huile selon un mode de 25 réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de séparation d'huile selon un mode de réalisation de l'invention, dans une première position possible de fonctionnement, - la figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de 30 séparation d'huile selon un mode de réalisation de l'invention, dans une deuxième position possible de fonctionnement, - la figure 7 est une vue schématique d'un moteur comprenant un dispositif de séparation d'huile selon un mode de réalisation de l'invention, 35 - la figure 8 est un graphique comparatif de l'efficacité d'un dispositif selon l'invention par rapport à un dispositif existant, en termes de masse résiduelle d'huile en sortie du dispositif selon l'invention, - la figure 9 est un graphique comparatif de l'efficacité d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention par rapport à un dispositif existant, en termes d'évolution de la pression dans le dispositif selon l'invention en fonction du débit de flux gazeux, - les figures 10 et 11 sont des vues en coupe longitudinale d'un dispositif selon d'autres modes particuliers de réalisation de l'invention. La figure 1 montre un dispositif 1 de séparation d'huile selon un mode de réalisation de l'invention, destiné à séparer des gouttelettes d'huile d'un flux gazeux. Le dispositif 1 de séparation d'huile illustré à la figure 1, et aux figures 2, 3 et 4, comprend notamment un corps 2 avec une paroi principale 3, une paroi latérale 4, un organe d'obstruction 5 et un organe de rétention 10. La paroi principale 3 du corps 2 comprend un orifice d'entrée 11 d'un flux gazeux, dont une trajectoire possible est représentée 20 schématiquement sur la figure 5 par la référence 12. La paroi principale 3 comprend également, autour de l'orifice d'entrée 11, une portée 13. La paroi latérale 4 est accolée à la paroi principale 3. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 1 à 6, la paroi latérale 4 appartient au corps 2. Comme cela est visible sur la figure 4, la paroi latérale 4 est ajourée : elle 25 comprend au moins une ouverture 14 destinée à l'évacuation des gouttelettes d'huile collectées par l'organe de rétention 10. Elle présente ici une forme sensiblement tubulaire, par exemple cylindrique. Ainsi, la paroi latérale 4 forme une cage périphérique. La paroi latérale 4 supporte l'organe de rétention 10. Ce dernier 30 épouse avantageusement la forme de la paroi latérale 4 ; il est de forme sensiblement tubulaire, cylindrique dans l'exemple de la figure 4. Comme cela est visible sur la figure 4, l'organe de rétention 10 peut être disposé en appui sur l'extérieur de la paroi latérale 4. L'organe de rétention 10 contribue à délimiter un conduit pour 35 l'écoulement du flux gazeux. L'orifice d'entrée 11 débouche dans le conduit formé par l'organe de rétention 10, à une extrémité de ce conduit. Le conduit débouche par ailleurs, à une autre extrémité, sur au moins un orifice de sortie 15. L'organe de rétention 10 peut correspondre à un média coalescent, et donc permettre la coalescence des gouttelettes d'huile collectées en vue de leur évacuation. Il peut comprendre un matériau poreux à base de fibres. En particulier, l'organe de rétention 10 peut être réalisé à base de fibres synthétiques, par exemple en polyester, assemblées entre elles selon un procédé appelé « non tissé ». Comme cela est illustré aux différentes figures, en particulier sur les figures 5 et 6, l'organe de rétention 10 est agencé pour ne pas entraver l'écoulement du flux gazeux. En d'autres termes, l'organe de rétention 10 est hors de la trajectoire du flux gazeux depuis l'orifice d'entrée 11 jusqu'à l'orifice de sortie 15 ; il n'est pas destiné à être traversé par le flux gazeux, afin d'éviter des pertes de charge. Dans l'exemple des différentes figures, l'organe de rétention 10 est à distance d'un axe A matérialisé par une tige 22 de coulissement. Comme cela est visible par exemple sur les figures 2, 3 et 5, l'organe d'obstruction 5 comprend une ouverture 23 destinée à l'écoulement du flux gazeux, une hélice 24 agencée en travers de l'ouverture 23, et une face 25 20 d'appui et de déflexion qui entoure l'ouverture 23. L'organe d'obstruction 5 est mobile en translation entre une position de repos, représentée sur la figure 5, dans laquelle la face 25 d'appui et de déflexion est en appui contre la portée 13 de la paroi principale 3, et une position de surpression, représentée sur la figure 6, dans laquelle la face 25 25 d'appui et de déflexion est à distance de la portée 13 de la paroi principale 3. En position de repos, l'organe d'obstruction 5 obstrue l'orifice d'entrée 11. Le flux gazeux est contraint de s'écouler à travers son ouverture 23, agencée en regard de l'orifice d'entrée 11. A l'intérieur de l'ouverture 23, le flux gazeux rencontre l'hélice 24 fixe. En position de repos, l'ouverture 23 est 30 l'unique lieu de passage possible du flux gazeux. L'hélice 24 comprend au moins une pale 30. L'hélice 24 est fixe, c'est-à-dire solidaire de l'organe d'obstruction 5 et conséquemment immobile par rapport à celui-ci. Le flux gazeux ne provoque donc pas la rotation de l'hélice 24 (ni celle de l'organe d'obstruction 5 qui peut être bloqué en rotation) ; 35 en revanche, les pales 30 de l'hélice 24 provoquent des turbulences dans l'écoulement du flux gazeux, qui permettent de séparer les gouttelettes d'huile en suspension du flux gazeux, notamment par centrifugation. De plus, les pales 30 de l'hélice 24 sont orientées pour projeter les gouttelettes d'huile en direction de l'organe de rétention 10. Comme cela a été précédemment évoqué, ce dernier capture et retient les gouttelettes d'huile pour éviter leur ré- aspiration dans le flux gazeux. En position de surpression, la face 25 d'appui et de déflexion délimite avec le conduit formé notamment par l'organe de rétention 10 au moins un passage 31 destiné à l'écoulement d'une partie du flux gazeux jusqu'à l'orifice de sortie 15. Ainsi, dans l'exemple de la figure 5 ou de la figure 6, la face 25 d'appui et de déflexion présente un contour sensiblement cylindrique, dont le diamètre est inférieur à un diamètre intérieur du conduit (donc à un diamètre intérieur de la paroi latérale 4 et/ou de l'organe de rétention 10), et supérieur à celui de l'orifice d'entrée 11. La face 25 d'appui et de déflexion présente en outre une forme adaptée pour dévier une partie du flux gazeux en direction de l'organe de rétention 10. Dans le mode de réalisation présenté, la face 25 d'appui et de déflexion correspond à une collerette entourant l'ouverture 23 dans laquelle est agencée l'hélice 24 fixe. La face 25 d'appui et de déflexion est destinée à faire obstacle à l'écoulement du flux gazeux. Le dispositif 1 de séparation d'huile comprend également des moyens de guidage en translation de l'organe d'obstruction 5, et des moyens de rappel tendant à maintenir l'organe d'obstruction 5 dans une position de repos. Les moyens de guidage de l'organe d'obstruction 5 peuvent 25 comprendre un palier de guidage 32 et la tige 22 de coulissement matérialisant l'axe A. La tige 22 de coulissement comprend une extrémité distale 33, insérée dans un trou de guidage 34 ménagé dans le palier de guidage 32, et une extrémité proximale 35 reliée à l'organe d'obstruction 5. L'extrémité 30 proximale 35 peut présenter une face 40 d'accouplement avec une portion 41 d'accouplement de l'organe d'obstruction 5, destinées à solidariser l'organe d'obstruction 5 avec la tige 22 de coulissement. La face 40 d'accouplement et la portion 41 d'accouplement peuvent être reliées par exemple par clippage, vissage, collage ou soudure. Quoiqu'il en soit, la liaison entre la face 35 d'accouplement 40 et la portion 41 d'accouplement permet l'écoulement du flux gazeux via l'ouverture 23. Le palier de guidage 32 est avantageusement placé en sortie du conduit formé par l'organe de rétention 10. Il est conformé pour être relié à la paroi latérale 4 et/ou l'organe de rétention 10, par exemple par clippage, vissage, collage ou soudure. Comme cela est visible par exemple sur la figure 1, il comprend l'orifice de sortie 15 (ici au nombre de trois). Les moyens de guidage peuvent également comprendre une pluralité de nervures 42 formées sur la paroi latérale 4, comme cela est représenté sur la figure 3, permettant de maintenir l'organe d'obstruction 5 dans l'axe A de la tige 22 de coulissement, le long duquel il est destiné à se translater. Les moyens de rappel peuvent comprendre un ressort 43, par exemple un ressort de compression. Le ressort 43 présente une première extrémité 44 prenant appui contre le palier de guidage 32 et une deuxième extrémité 45 prenant appui contre la tige 22 de coulissement. La deuxième extrémité 45 pourrait prendre directement appui contre l'organe d'obstruction 5. Le ressort 43 est avantageusement calibré pour que l'organe d'obstruction 5 quitte sa position de repos lorsqu'une pression prédéterminée en amont du dispositif 1 selon l'invention est atteinte. Le fonctionnement du dispositif 1 de séparation d'huile selon un 20 mode de réalisation de l'invention est décrit ci-après. Lorsque le régime moteur est bas, l'organe d'obstruction 5 est en position de repos, illustrée à a figure 5, donc en appui contre la paroi principale 3. Le flux gazeux en provenance du carter est contraint de s'écouler au travers de l'ouverture 23 de l'organe d'obstruction 5. Sa rencontre avec l'hélice 24 fixe, 25 agencée dans l'ouverture 23, lui imprime un mouvement tourbillonnant. Les gouttelettes d'huile sont ainsi séparées par centrifugation du flux gazeux et projetées vers l'organe de rétention 10, qui les emprisonne. L'organe de rétention 10 retient les gouttelettes d'huile et permet leur coalescence. Les gouttes d'huile formées par coalescence sont ensuite collectées par gravité 30 dans une chambre pour être acheminées dans le carter, afin de limiter les pertes d'huile. Lorsque le régime moteur augmente, le débit du flux gazeux augmente également et peut repousser l'organe d'obstruction 5, en fonction du calibrage du ressort 43. L'organe d'obstruction 5 occupe le cas échéant une 35 position de surpression, illustrée à la figure 6. Le déplacement de l'organe d'obstruction 5 crée un passage 31 permettant l'écoulement du flux gazeux entre la face 25 d'appui et de déflexion et le conduit formé par l'organe de rétention 10. Le débit de passage du flux gazeux dans le dispositif 1 est ainsi augmenté de façon suffisante pour ne pas provoquer de pertes de charge. Une partie 47 du flux gazeux traverse l'ouverture 23 de l'organe d'obstruction 5. L'hélice 24 permet la séparation par centrifugation des gouttelettes d'huile contenues dans cette partie du flux gazeux. Le reste 46 du flux gazeux est dévié par la face 25 d'appui et de déflexion en direction de l'organe de rétention 10, permettant ainsi la capture des gouttelettes d'huile contenues dans cette partie du flux gazeux. Ainsi, quelque soit le régime moteur, les pertes de charge sont évitées et la totalité du flux gazeux peut être débarrassé des gouttelettes d'huile qu'il contient. Les figures 8 et 9 montrent, comparativement à un dispositif connu, l'efficacité du dispositif 1 de séparation de gouttelettes d'huile selon l'invention, notamment en termes de masse résiduelle d'huile en sortie du dispositif 1 selon l'invention, et en termes de pression dans le dispositif 1 selon l'invention en fonction du flux gazeux. On notera d'une part, la faible augmentation de masse d'huile résiduelle en sortie du dispositif 1 selon l'invention pour des régimes moteur élevés, et d'autre part, une limitation de la pression dans le dispositif 1 selon l'invention pour un débit de flux gazeux élevé. Selon un autre aspect de la présente invention, celle-ci concerne également un moteur 100 à combustion interne, schématiquement représenté sur la figure 7. Le moteur 100 comprend notamment un cylindre 101, un piston 25 102, un carter 103 d'huile, une conduite 104 d'admission d'air, et un dispositif 1 de séparation d'huile selon l'invention. Les gaz brûlés 105 s'infiltrent dans le carter 103 d'huile en passant entre le cylindre 101 et le piston 102. Leur évacuation provoque un flux gazeux 110 chargé de gouttelettes d'huile collectées dans le carter 103 d'huile 30 contenant de l'huile 106. Ce flux gazeux 110 est acheminé en entrée du dispositif 1 de séparation d'huile selon l'invention ce dernier permet de débarrasser le flux gazeux 110 des gouttelettes d'huile qu'il contient. Les gouttes d'huile 107 coalescentes sont collectées par gravité et acheminées vers le carter 103 d'huile pour être récupérées. Le flux gazeux 111 débarrassé 35 des gouttelettes d'huile est évacué dans la conduite 104 d'admission d'air du moteur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus, ce mode de réalisation n'ayant été donné qu'à titre d'exemple. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par la substitution d'équivalents 5 techniques, sans pour autant sortir du domaine de protection de l'invention. Ainsi, comme cela est visible sur la figure 10, l'organe de rétention 10 peut être disposé en appui contre l'intérieur de la paroi latérale 4. De plus, comme cela est représenté sur les figures 10 et 11, l'organe d'obstruction 5 et la tige 22 de coulissement peuvent former une seule 10 et même pièce. REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de séparation d'huile, destiné à séparer des gouttelettes d'huile d'un flux gazeux, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi principale (3) avec un orifice d'entrée (11) du flux gazeux, un organe de rétention (10) des gouttelettes d'huile sensiblement tubulaire dans lequel débouche l'orifice d'entrée (11), un organe d'obstruction (5) de l'orifice d'entrée (11), supporté par des moyens de guidage en translation, mobile dans l'organe de rétention (10) entre une position de repos dans laquelle il est en appui contre la paroi principale (3) et une position de surpression dans laquelle il est à distance de la paroi principale (3), et des moyens de rappel destinés à rappeler l'organe d'obstruction (5) en position de repos, l'organe d'obstruction (5) comprenant une ouverture (23) destinée à être traversée par le flux gazeux, en travers de laquelle est agencée une hélice (24) fixe, et une face (25) d'appui et de déflexion entourant l'ouverture (23) comprenant l'hélice (24) fixe, la face (25) d'appui et de déflexion étant destinée à venir en appui contre la paroi principale (3) lorsque l'organe d'obstruction (5) est en position de repos et à dévier le flux gazeux vers l'organe de rétention (10) lorsque l'organe d'obstruction (5) est en position de surpression, et dans lequel la face (25) d'appui et de déflexion délimite avec l'organe de rétention (10) au moins un passage (31) pour la circulation du flux gazeux lorsque l'organe d'obstruction (5) est en position de surpression. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que 25 l'organe de rétention (10) délimite un conduit pour l'écoulement du flux gazeux. 3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'hélice (24) comprend au moins une pale (30) délimitant avec une paroi interne (26) de l'ouverture (23) de l'organe d'obstruction (5) au moins une fenêtre 30 destinée à la circulation du flux gazeux. 4. Dispositif (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une pale (30) est orientée en direction de l'organe de rétention (10). 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une paroi latérale (4) sensiblement tubulaire et ajourée contre laquelle est disposé l'organe de rétention (10). 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de guidage en translation comprennent un palier de guidage (32) et une tige (22) de coulissement destinée à coulisser dans le palier de guidage (32), l'organe d'obstruction (5) étant relié à une extrémité proximale (35) de la tige (22) de coulissement. 7. Dispositif (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le palier de guidage (32) comprend au moins un orifice de sortie (15) du flux gazeux. 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe de rétention (10) comprend un matériau poreux à base de fibres. 9. Moteur (100) à combustion interne comprenant un dispositif (1) 20 de séparation d'huile selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Véhicule automobile comprenant un moteur (100) selon la revendication 9.