Brevet FR2986834A1 — publié le 20130816

CIRCUIT DE GAZ DE CARTER D'UN MOTEUR THERMIQUE, MOTEUR ASSOCIE ET PROCEDE POUR EMPECHER L'OBSTRUCTION D'UN CIRCUIT DE GAZ DE CARTER [0001] La présente invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne et plus spécialement un procédé et un dispositif pour la ventilation du carter d'un moteur à combustion interne. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'industrie automobile. [0002] Dans un moteur à combustion interne, la chambre de combustion est délimitée du côté du carter par le piston et les segments qui assurent l'étanchéité entre le piston et la paroi du cylindre monté dans (ou faisant partie intégrante du carter). Néanmoins, cette étanchéité n'est jamais parfaite, et de façon inhérente au principe même de conception d'un tel moteur, une fuite d'une partie des gaz de combustion via les segments est inéluctable. Ces gaz sont communément appelés gaz de carter, ou encore en utilisant la terminologie anglo-saxonne, gaz de blow-by, ces différents termes étant utilisés comme des synonymes dans la suite de ce document. Ainsi, l'expression « circuit des gaz de carter » est synonyme de « circuit des gaz de blow-by » ou plus simplement de « circuit de blow-by ». [0003] Des normes environnementales imposent que les gaz de blow-by ne soient pas rejetés dans l'atmosphère, mais soient brûles. Ils sont donc réintroduits à l'admission du moteur par un circuit, dit circuit de blow-by. Pour ce faire, ils sont aspirés à l'admission moteur ce qui permet de plus de maintenir le bas du carter en dépression. Ces gaz se chargeant en huile lors de leur passage dans le bas moteur, un déshuileur a pour but de séparer au maximum les particules d'huile des gaz avant qu'ils ne soient réintroduits dans le circuit d'air admission via un piquage implanté sur la ligne d'air. [0004] Outre des gaz de combustion, c'est-à-dire essentiellement de la vapeur d'eau du dioxyde de carbone et de l'azote, les gaz de carter comportent donc également des imbrûlés (air ou plus exactement oxygène et azote et du carburant) et de l'huile (essentiellement l'huile de lubrification des pistons entraînée par les gaz de combustion). Les gaz de carter s'écoulent vers le bas du carter, puis remontent généralement vers la culasse par des cheminées. [0005] La réadmission est obtenue typiquement à l'aide d'un répartiteur. Par temps froid, ce répartiteur peut présenter une température bien inférieure à 0° C de sorte que la vapeur d'eau contenue dans les gaz de carter peut se condenser, puis se solidifier, ou former une émulsion eau/huile qui se solidifie, formant une masse qui bouche les conduits, fait monter en pression le carter et peut ainsi entraîner une casse moteur et/ou, une fuite d'huile à l'échappement augmentant les émissions polluantes, voire un incendie du véhicule équipé du moteur. [0006] Pour remédier à ce risque, le moyen le plus courant consiste dans l'implantation de moyens de chauffage électriques des tuyaux de gaz carter. Ces moyens sont typiquement constitués par une résistance sous tension venant localement réchauffer une surface. Ce moyen présente toutefois l'inconvénient de consommer beaucoup d'énergie et et suppose la présence d'un faisceau électrique, entrainant un certain nombre d'inconvénients liés aux problématiques de complexité d'architecture et de montage (ergonomie de montage, passage d'outils, etc.) ainsi que d'implantation car il faut prévoir des points de fixation pour les faisceaux électriques, les connexions d'alimentation et les multiples supports nécessaires au système. [0007] Une autre solution connue consiste à faire passer les tuyaux de gaz de carter à l'intérieur des tuyaux acheminant le fluide de refroidissement. Cette solution pose également des problèmes d'implantation, est relativement onéreuse, et il reste malgré son application des zones dans lesquelles le gel ou l'émulsion peuvent éventuellement se former. [0008] Afin de limiter l'impact sur l'architecture du circuit de blow-by, il est proposé dans le document FR2891317 une approche différente consistant à diluer les gaz de carter avec un gaz diluant présentant un moindre degré d'hygrométrie que lesdits gaz de carter. Typiquement, on peut diluer les gaz de carter avec de l'air d'admission. [0009] Néanmoins, cette approche est basée sur un traitement des gaz de carter dès leur formation dans le bas moteur. La dilution permet de limiter les la formation de gel ou d'émulsion dans tout le circuit de blow-by, mais nécessite ponctuellement l'introduction d'une grande quantité de gaz dans le bas moteur, ce qui augmente sensiblement la quantité de gaz à traiter (issus du mélange entre les gaz de carter et les gaz de dilution introduits), ce qui est néfaste pour le bon fonctionnement du déshuileur du circuit. [0010] On a cependant constaté que le phénomène de formation et d'accumulation de gel et d'émulsion est majoritairement localisé au niveau du point de d'introduction des gaz de blow-by dans l'air d'admission du moteur. En effet, dans cette zone la température peut être extrêmement basse et le flux des gaz de blow-by faible, dans le cas d'un fonctionnement du moteur à faible charge (entrainant un faible débit de gaz de carter) par une température ambiante inférieure à 0°C. L'eau contenue sous forme de vapeur dans les gaz de blow-by s'y condense et gèle instantanément au contact des tubulures. [0011] Dans l'invention, on tend à proposer une solution, contre la formation de gel ou d'émulsion pouvant obstruer le circuit des gaz de carter, qui a tout à la fois un impact faible sur l'architecture générale du circuit, et qui évite de recourir à une dilution massive des gaz dans le bas moteur. [0012] L'invention porte donc sur un circuit de gaz de carter d'un moteur thermique, comportant un déshuileur suivi d'un conduit d'introduction de gaz de carter à l'admission du moteur piqué sur un conduit d'admission d'air du moteur, caractérisé par un moyen d'insufflation de gaz débouchant dans le conduit d'introduction de gaz de carter, le gaz insufflé étant à une température supérieure à 0°C. Dans des conditions de grand froid, lorsque la température ambiante est négative, cela permet une augmentation localisée de la température et du débit des gaz, limitant les risques d'obstruction par agglomération d'un amalgame ou par gel au niveau de l'endroit soufflé et en aval de ce point. Le fait d'insuffler en aval du déshuileur permet de ne pas augmenter le débit de gaz traversant le déshuileur, et ainsi de ne pas en limiter l'efficacité (le déshuileur est plus efficace pour un faible débit de gaz) ni de risquer un désamorçage du déshuileur du fait d'un trop fort débit le traversant. [0013] De préférence, le moyen d'insufflation est arrangé pour insuffler au niveau du piquage. du conduit d'introduction de gaz de carter sur le conduit d'admission d'air du moteur. C'est en effet en ce point que se concentre le phénomène d'obstruction. [0014] Dans une variante de l'invention, le moyen d'insufflation comporte un tuyau d'insufflation reliant le conduit d'admission d'air, en aval d'un compresseur de suralimentation, au conduit d'introduction de gaz de carter. C'est ainsi de l'air comprimé (et échauffé par compression) par le compresseur qui est insufflé. Typiquement, le compresseur est un compresseur d'un turbocompresseur de suralimentation du moteur. C'est une solution simple, qui impacte peu l'architecture de la boucle d'air du moteur. [0015] Dans une variante de l'invention, le moyen d'insufflation comporte un tuyau d'insufflation reliant un collecteur d'échappement ou un conduit d'échappement du moteur au conduit d'introduction de gaz de carter. Les gaz d'échappement sont ainsi employés en tant que gaz chaud insufflés. [0016] Dans une variante de l'invention, le moyen d'insufflation comporte un dispositif de prélèvement d'air réchauffé par un circuit de liquide de refroidissement du moteur, et de soufflage de cet air réchauffé dans le conduit d'introduction de gaz de carter. [0017] De préférence, le gaz insufflé arrose directement une bordure du piquage. En effet, c'est la bordure ou le pourtour du piquage qui constitue le point privilégié de d'agglomération ou de gel lorsque le moteur fonctionne par grand froid. L'invention permet ainsi un traitement très local du phénomène, sans ajouter une quantité importante de gaz à l'admission du moteur. [0018] De préférence, le moyen d'insufflation comporte un régulateur de pression. Cela permet de ne pas perturber le fonctionnement d'un turbocompresseur lorsque le moteur en est équipé. Le régulateur de pression, pouvant typiquement comporter un clapet, permet en outre dans ce cas de n'insuffler des gaz dans le conduit d'introduction des gaz de blow by que lorsque cela est nécessaire, c'est-à-dire lorsque la température ambiante est très faible (avec un seuil pouvant être fixé selon l'application par exemple à 0°C, -5°C, -10°C, - 15 °C, -20°C, ou toute autre température négative mieux appropriée), et/ou lorsque le débit des gaz de blow-by est faible, ce qui correspond à une faible charge du moteur. [0019] De préférence, le régulateur de pression comporte un clapet conique. Cela permet l'obtention d'un débit constant, voire légèrement décroissant, au fur et à mesure que la pression augmente. [0020] De préférence, le moyen d'insufflation comporte un clapet anti-retour. Cela évite tout risque de flux inverse dans le moyen d'insufflation. [0021] De préférence, le moyen d'insufflation comporte un ajutage apte à limiter le débit des gaz insufflés. Cela permet une limitation de débit du gaz insufflé. [0022] Dans une variante, le circuit comporte une pluralité de moyens d'insufflation. Cela permet le soufflage localisé d'une pluralité de zones. [0023] L'invention porte également sur un moteur thermique comportant un tel circuit. [0024] L'invention porte enfin sur un procédé pour empêcher l'obstruction d'un circuit de gaz de carter d'un moteur thermique, le circuit comportant un déshuileur suivi d'un conduit d'introduction de gaz de carter à l'admission du moteur piqué sur un conduit d'admission d'air du moteur, caractérisé par l'insufflation, dans le conduit d'introduction de gaz de carter, d'un gaz à une température supérieure à 0°C. Dans une variante de l'invention, le procédé est mis en jeu si et seulement si la température ambiante est inférieure à 0°C Dans une variante de l'invention, le procédé est mis en jeu si et seulement si la charge du moteur est inférieure à un niveau prédéfini. [0025] En effet une forte charge (forte demande de couple du moteur) induit une augmentation du débit et de la température des gaz de blow-by, ce qui en soi limite le risque d'obstruction du circuit. De manière préférentielle, il convient donc d'employer le dispositif et le procédé développé dans l'invention uniquement dans des conditions propices à la formation de glace dans le circuit de blow-by (faible charge moteur) : le moyen d'insufflation sera actif (par exemple selon la variante considérée par ouverture d'un clapet) ce qui augmentera localement la température et le débit des gaz dans le circuit de blow-by. En conditions de forte charge du moteur, le débit et la température des gaz circulant dans le circuit de blow-by seront de fait assez élevés pour ne pas générer de glace. [0026] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement le système dans son mode de réalisation préférentiel. [0027] La figure 1 présente schématiquement une portion d'un circuit conforme à l'invention. [0028] La figure 2 présente une vue partielle d'un moteur thermique comportant circuit conforme à l'une des variantes préférentielles de l'invention. [0029] La figure 3 présente graphiquement le résultat pouvant être obtenu grâce à une variante préférentielle de l'invention. [0030] A la figure 1, on a représenté, selon une vue en coupe d'un schéma de principe, une portion d'un circuit de gaz de carter d'un moteur conforme à une variante de l'invention. Un conduit d'introduction de gaz de carter 1 est représenté en coupe longitudinale, et est relié par un piquage 3 à un conduit d'admission d'air 2 d'un moteur thermique. Les gaz de blow-by arrivent dans le conduit d'admission d'air 2 selon la flèche en trait plein, après avoir traversé un déshuileur (non représenté en figure 1, référencé 5 en figure 2). [0031] Dans l'invention, il est prévu un moyen d'insufflation de gaz dans le conduit d'introduction de gaz de carter 1, débouchant entre le déshuileur et le piquage 3, et de préférence au niveau du piquage 3 tel qu'ici représenté, les gaz insufflés étant à une température supérieure à 0°C. Les gaz insufflés sont figuré par une flèche en pointillés. Etant insufflés dans le conduit d'introduction de gaz de carter 1, les gaz insufflés sont à une pression supérieure à la pression régnant dans le conduit d'introduction de gaz de carter 1 en leur point d'insufflation. La pression supplémentaire ainsi apportée va générer un débit supplémentaire dans le conduit d'introduction de gaz de carter 1, ce qui permet en outre une meilleure projection des gaz du conduit d'introduction des gaz de carter 1 vers au centre du conduit d'admission d'air 2, ce qui réduit également le risque de formation d'une obstruction. [0032] Dans la variante préférentielle de l'invention ici représentée, le moyen d'insufflation comporte un tuyau d'insufflation 4 permettant l'introduction de gaz chaud, c'est-à-dire à une température supérieure à 0°C. Le gaz dit « chaud » ainsi introduit est insufflé au niveau du piquage 3. En effet, le phénomène d'obstruction du circuit de blowby par accumulation d'un agglomérat et/ou par le gel est localisé au niveau du piquage 3, et tout particulièrement sur la bordure 31 du piquage 3. [0033] L'insufflation de gaz chaud, sec et sous pression permet une élévation simultanée de la température et du débit au niveau du piquage 3, ce qui empêche l'obstruction du circuit de blow-by, et en particulier du conduit d'introduction de gaz de carter 1 à ce niveau. [0034] Le point d'insufflation est préférentiellement au plus proche du piquage 3, qui constitue la zone à réchauffer, mais l'angle d'insufflation, c'est-à-dire typiquement l'angle entre le tuyau d'insufflation 4 et le conduit d'introduction de gaz de carter 1 est de préférence inférieur à 90° afin d'éviter la génération de turbulence entre les gaz insufflés et les gaz de carter, l'objectif de l'invention n'étant pas d'obtenir un mélange homogène entre ces gaz, mais de souffler des gaz chaud de manière localisée afin d'éviter la formation de gel à l'endroit soufflé, par augmentation de la température et du débit de gaz à cet endroit. [0035] Le gaz insufflé pourra être par exemple et de manière préférentielle de l'air prélevé à l'admission du moteur en aval d'un compresseur, typiquement le compresseur d'un turbocompresseur. La figure 2 présente schématiquement une vue partielle d'un moteur thermique comportant un circuit conforme à l'une des variantes préférentielles de l'invention permettant cela. [0036] Sur la vue présentée en figure 2, on retrouve le conduit d'introduction de gaz de carter 1, piqué le conduit d'admission 2. Le conduit d'introduction de gaz de carter 1 s'étend ainsi entre un déshuileur 5 et le conduit d'admission 2, s'achevant par un piquage 3 sur ce dernier. Un tuyau d'insufflation 4 est ménagé entre l'aval d'un compresseur 6 d'un turbocompresseur et le conduit d'introduction de gaz de carter 1 à proximité immédiate du piquage 3. Typiquement, le prélèvement des gaz insufflés peut être réalisé au niveau d'un résonateur 7 positionné directement en aval du compresseur 6. Le conduit [0037] Le tuyau d'insufflation est préférentiellement doté d'un moyen régulateur de pression, typiquement un clapet régulateur de pression, et éventuellement d'un ajutage. L'ensemble ainsi formé constitue un moyen d'insufflation de gaz dans le conduit d'introduction de gaz. [0038] Les gaz insufflés étant prélevés directement en aval d'un compresseur 6, ils présentent une pression et une température augmentée. [0039] La figure 3 présente graphiquement le résultat pouvant être obtenu grâce la variante préférentielle de l'invention présentée en figure 2. [0040] En ordonnée est représentée la température en °C, en abscisse le temps (échelle figurative représentative du temps de chauffe d'un moteur suite à un démarrage à froid). [0041] Les mesures sont faites suite au démarrage à froid d'un moteur équipant un véhicule automobile classique, à une température ambiante de -18°C. [0042] La courbe A présente l'évolution de la température à l'entrée du circuit des gaz de carter, en l'absence d'un dispositif selon l'invention. [0043] La courbe B présente l'évolution de la température à la sortie du circuit des gaz de carter, dans le conduit d'introduction des gaz de carter au niveau du piquage avec le conduit d'admission, en l'absence d'un dispositif selon l'invention. [0044] La courbe C présente l'évolution de la température à l'entrée du circuit des gaz de carter, en présence d'un dispositif selon la variante de l'invention présentée en figure 2. [0045] La courbe D présente l'évolution de la température à la sortie du circuit des gaz de carter, dans le conduit d'introduction des gaz de carter au niveau du piquage avec le conduit d'admission, en présence d'un dispositif selon la variante de l'invention présentée en figure 2. [0046] Ce graphique permet de constater que, pour l'application considérée ici, un différence de 12°C s'établit rapidement au niveau du piquage entre le conduit d'introduction des gaz de carter et le conduit d'admission, dans la zone la plus sensible au phénomène d'obstruction par le gel. En plus du gain en température observé, la formation d'amalgame ou de gel est également limitée par l'augmentation locale de débit créé par l'insufflation de gaz dans les gaz de carter. [0047] L'invention ainsi développée offre une solution efficace au problème de l'obstruction du circuit d'introduction à l'admission des gaz de carter, sans utiliser un système de chauffage coûteux et qui consomme beaucoup d'énergie. [0048] Selon la variante de l'invention considérée, le coût du dispositif développé tient essentiellement dans l'ajout d'un clapet, qui est un organe simple et peu coûteux. Le système peut être entièrement mécanique, et ne pas engendrer de consommation électrique ni nécessiter de mettre au point une stratégie particulière d'application. [0049] Le système et le procédé développés dans l'invention peuvent être employés de manière préventive, pour éviter l'obstruction, mais également de manière curative lorsqu'une obstruction incomplète du circuit de blow-by est détectée. REVENDICATIONS: 1. Circuit de gaz de carter d'un moteur thermique, comportant un déshuileur (5) suivi d'un conduit d'introduction de gaz de carter (1) à l'admission du moteur piqué sur un conduit d'admission d'air du moteur (2), caractérisé par un moyen d'insufflation de gaz débouchant dans le conduit d'introduction de gaz de carter (1), le gaz insufflé étant à une température supérieure à 0°C. 2. Circuit selon la revendication 1, le moyen d'insufflation étant arrangé pour insuffler au niveau du piquage (3) du conduit d'introduction de gaz de carter (1) sur le conduit d'admission d'air du moteur (2). 3. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le moyen d'insufflation comporte un tuyau d'insufflation (4) reliant le conduit d'admission d'air (2), en aval d'un compresseur (6) de suralimentation, au conduit d'introduction de gaz de carter (1). 4. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le moyen d'insufflation comporte un tuyau d'insufflation (4) reliant un collecteur d'échappement ou un conduit d'échappement du moteur au conduit d'introduction de gaz de carter (1). 5. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le moyen d'insufflation comporte un dispositif de prélèvement d'air réchauffé par un circuit de liquide de refroidissement du moteur, et de soufflage de cet air réchauffé dans le conduit d'introduction de gaz de carter (1). 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gaz insufflé arrose directement une bordure (31) du piquage. 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen d'insufflation comporte un régulateur de pression. 8. Circuit selon la revendication 7, dans lequel le régulateur de pression comporte un clapet conique. 9. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen d'insufflation comporte un clapet anti-retour. 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen d'insufflation comporte un ajutage apte à limiter le débit des gaz insufflés. 11. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant une pluralité de moyens d'insufflation. 12. Moteur thermique comportant un circuit conforme à l'une des revendications précédentes. 13. Procédé pour empêcher l'obstruction d'un circuit de gaz de carter d'un moteur thermique, le circuit comportant un déshuileur (5) suivi d'un conduit d'introduction de gaz de carter (1) à l'admission du moteur piqué sur un conduit d'admission d'air du moteur (2), caractérisé par l'insufflation, dans le conduit d'introduction de gaz de carter, d'un gaz à une température supérieure à 0°C. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est mis en jeu si et seulement si la température ambiante est inférieure à 0°C. 15. Procédé selon la revendication 13 ou la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est mis en jeu si et seulement si la charge du moteur est inférieure à un niveau prédéfini.20