Brevet FR2982325A1 — publié le 20130510

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REINJECTION DES GAZ DE CARTER D'UN MOTEUR [1] L'invention concerne un dispositif et un procédé de réinjection des gaz de carter dans un moteur à combustion interne, et un véhicule incorporant ce dispositif. [2] De façon connue, lors du fonctionnement d'un tel moteur, une partie du gaz contenu dans la chambre de combustion tend à fuir vers le carter du moteur. Ces fuites sont inévitables, car l'étanchéité entre la chambre de combustion et le piston n'est pas parfaite, du fait même de la conception du moteur. Ce gaz comprend des produits issus de la combustion du carburant, mais aussi des imbrûlés et du lubrifiant. Ce gaz est généralement nommé gaz de carter, gaz de bas moteur ou encore gaz de blow-by. [3] Les normes environnementales imposent le retraitement de ce gaz de carter. Il est d'usage de réinjecter ce gaz dans le collecteur d'admission d'air du moteur pour qu'il soit ensuite brûlé. En pratique, le gaz est acheminé par un circuit de collecte jusqu'à une conduite d'air principale, qui alimente en air un collecteur d'admission du moteur. La jonction entre ces deux conduites est généralement réalisée par un piquage. [004] Lorsque le véhicule fonctionne dans des conditions climatiques froides (par exemple lorsque la température extérieure au véhicule est inférieure à 0°C), les parois du circuit de collecte du gaz de carter sont refroidies par l'air extérieur. Du fait de cette diminution de température, l'humidité contenue dans le gaz de carter se condense sur les parois du circuit de collecte et surtout sur le piquage avec la conduite d'air principale. L'eau condensée peut parfois se solidifier, obstruant tout ou partie du circuit. Une telle obstruction peut engendrer une surpression importante au niveau du carter, causant ainsi des dégâts irréversibles au moteur. [5] Pour éviter ce problème, des techniques connues visent à limiter le refroidissement du gaz de carter, afin de maintenir sa température au- dessus de la température de condensation de l'eau. [6] Une technique consiste à isoler thermiquement tout ou partie du circuit de collecte du gaz de carter, afin de maintenir ses parois internes à une température la plus élevée possible. Cette solution présente toutefois l'inconvénient de ne protéger que le circuit de collecte, mais pas le piquage sur la conduite d'air principale. Ainsi, lorsque l'air prélevé par la conduite d'air principale présente une température sensiblement inférieure à celle du gaz, la condensation de l'humidité a principalement lieu au niveau du piquage du circuit de collecte sur la conduite principale. [007] D'autres solutions consistent à réchauffer le gaz de carter. Cela peut être réalisé à l'aide d'un dispositif de chauffage électrique disposé autour du circuit de collecte du gaz de carter, mais un tel dispositif est coûteux et de surcroît nécessite une puissance électrique importante. [008] Un autre moyen de réchauffer le gaz de carter consiste à le diluer avec un gaz de dilution préalablement chauffé. Ce gaz de dilution peut être par exemple de l'air, prélevé à l'extérieur du véhicule puis réchauffé en le faisant circuler à proximité du carter. Cette solution est décrite dans le document W02007/039690. Elle présente toutefois l'inconvénient d'être inopérante si le gaz de carter possède un taux d'humidité trop important. En effet, la quantité d'air chaud nécessaire est d'autant plus importante que le taux d'humidité du gaz de carter est élevé. [009] L'invention vise à empêcher la condensation d'eau sur les parois du circuit de collecte et de la conduite d'air. Selon un premier aspect, l'invention porte ainsi sur un procédé de réinjection de gaz de carter dans un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, dans lequel la vapeur d'eau contenue dans le gaz de carter est transformée en brouillard avant l'injection de ce gaz dans une conduite d'air reliée à un collecteur d'admission d'air du moteur. [0010] L'invention propose de transformer en brouillard la vapeur d'eau contenue dans du gaz de carter, préalablement à l'injection de ce gaz dans la conduite d'admission d'air d'un moteur à combustion interne. Un avantage de l'invention est que, en transformant cette vapeur d'eau en brouillard, elle ne se condense pas sur les parois de la conduite d'air et du circuit de collecte, ce qui évite le problème de gel de l'eau condensée sur les parois. [0011] Selon une variante de l'invention, le gaz de carter est mélangé avec un gaz de refroidissement ayant préalablement traversé un filtre agencé de manière à lui assurer un écoulement laminaire. [0012] Selon une autre variante de l'invention, le gaz de refroidissement est de l'air prélevé à l'extérieur du véhicule, la température et le taux d'humidité de cet air étant inférieurs à ceux du gaz de carter. [0013] Selon un deuxième aspect, l'invention porte sur un dispositif de réinjection de gaz de carter d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant : -un circuit de collecte du gaz de carter comportant un orifice de sortie du gaz de carter ; -une conduite d'air principale, comportant un orifice d'entrée apte à prélever de l'air à l'extérieur du véhicule, et un orifice de sortie apte à être relié à un collecteur d'admission d'air du moteur, dans lequel sont compris : -une conduite d'air secondaire, comportant un orifice d'entrée apte à prélever de l'air, et un orifice de sortie d'air ; -un premier piquage, raccordant fluidiquement l'orifice de sortie de la conduite d'air secondaire à la conduite d'air principale ; -un second piquage, raccordant fluidiquement l'orifice de sortie du circuit de collecte du gaz de carter à la conduite d'air secondaire ; et dans lequel la conduite d'air secondaire comporte un filtre, placé entre le second piquage et l'orifice d'entrée de cette conduite secondaire, ce filtre étant apte à assurer un écoulement laminaire de l'air entre ce filtre et le second piquage. [0014] Selon une variante de l'invention, le filtre comprend une multitude de tubes maintenus solidaires les uns aux autres par leurs côtés les plus longs, ces tubes s'étendant parallèlement à un axe longitudinal de la conduite secondaire, la longueur de chacun de ces tubes étant comprise entre 100 micromètres et 5 centimètres, et le rapport entre la longueur et le diamètre hydraulique de la section transversale d'un tube étant supérieur à deux ou cinq. [0015] Selon une autre variante de l'invention, la section transversale des tubes du filtre est de forme hexagonale. [0016] Selon une autre variante de l'invention, l'orifice d'entrée d'air de la conduite d'air secondaire est directement raccordé fluidiquement à l'air ambiant sans passer par l'intermédiaire de la conduite d'air principale. [0017] Selon encore une autre variante de l'invention, le dispositif comporte un troisième piquage raccordant fluidiquement l'orifice d'entrée d'air de la conduite secondaire à la conduite d'air principale. [0018] Selon un troisième aspect, l'invention porte sur un véhicule automobile comprenant un dispositif de réinjection des gaz de carter selon l'invention. [0019] Selon une variante de l'invention, le véhicule automobile comprend un moteur à combustion interne, comprenant un collecteur d'admission d'air et un carter de moteur, ce moteur étant apte à mouvoir le véhicule ; et dans lequel un orifice d'entrée du circuit de collecte des gaz de carter est raccordé fluidiquement au carter du moteur, et l'orifice de sortie de la conduite d'air principale est raccordé fluidiquement au collecteur d'admission d'air du moteur. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue partielle de la partie supérieure d'un moteur à combustion interne comprenant un circuit de collecte du gaz de carter selon l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue schématique partielle d'un véhicule automobile comprenant un dispositif de réinjection des gaz de carter ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 représente une vue schématique et en perspective d'une partie d'un filtre du dispositif de la figure 2 ; - la figure 5 est un organigramme illustrant les principales étapes du procédé de réinjection des gaz de carter ; - la figure 6 est une représentation graphique de l'évolution de l'humidité et de la température du gaz de carter, lors de la mise en oeuvre du procédé de réinjection ; - la figure 7 est une représentation graphique de l'évolution de l'humidité et de la température du gaz de carter, lorsque ce gaz est réinjecté dans le moteur sans subir le procédé ; - la figure 8 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0021] La figure 1 illustre un moteur selon l'état de la technique, où les gaz de carter sont directement injectés par un circuit de collecte 14 dans une conduite d'air principale 6. Ce circuit de collecte 14 peut comporter un décanteur d'huile 16. Cette conduite principale 6 est raccordée fluidiquement à l'entrée d'un collecteur d'admission d'air 8 du moteur 4. [0022] La figure 2 présente un véhicule automobile 2, tel qu'une voiture. Ce véhicule 2 comprend le moteur à combustion interne 4, apte à mouvoir le véhicule 2. Ce véhicule 2 comprend également la conduite d'air principale 6, apte à acheminer dans le collecteur d'admission 8 du moteur 4 de l'air prélevé à l'extérieur du véhicule 2 par un orifice d'entrée 7. Lors du fonctionnement normal du moteur 2, des gaz, appelés ci-après gaz de carter, s'échappent de chambres de combustion 10 du moteur 4 vers un carter 12 du moteur. Ces gaz sont évacués du carter 12 par le circuit de collecte 14. [0023] Selon un premier mode de réalisation, représenté plus en détail sur la figure 3, une conduite secondaire 18 apte à acheminer de l'air prélevé à l'extérieur du véhicule 2 est raccordée fluidiquement à la conduite principale 6, par l'intermédiaire d'un premier piquage 20. Cette conduite secondaire 18 est par exemple disposée parallèlement à la conduite principale 6. Le diamètre de cette conduite secondaire 18 est inférieur ou égal au diamètre de la conduite principale 6, et est par exemple compris entre 45 et 66 millimètres. L'orifice de sortie 15 du circuit de collecte 14 est raccordé fluidiquement à la conduite d'air 2 98232 5 5 secondaire 18, par l'intermédiaire d'un second piquage 22. Un filtre 24 est placé dans la conduite secondaire 18, en amont du second piquage 22 et en aval de l'orifice d'entrée 17 de cette conduite secondaire 18. [0024] Dans toute cette description, les termes « amont » et « aval » font 5 référence au sens d'écoulement des fluides contenus dans les conduites principale 6 et secondaire 18 ainsi que dans le circuit de collecte 14. Ces sens d'écoulement sont symbolisés par des flèches des figures 3 et 8. [0025] Ce filtre 24 est apte à assurer un écoulement laminaire de l'air qui circule à l'intérieur de la conduite secondaire 18, le long de la portion de cette 10 conduite 18 comprise entre ce filtre 24 et le second piquage 22. Le filtre 24 comprend une multitude de tubes 26, par exemple identiques, comme illustré à la figure 4. Pour des raisons de clarté, seule une partie de ces tubes est dessinée sur cette figure. Le filtre 24 s'étend sur toute la section transversale de la conduite secondaire 18. Dans l'exemple présenté, cette conduite 18 est 15 de forme cylindrique. Son pourtour intérieur est représenté en pointillés sur la figure 4. Ces tubes 26 s'étendent parallèlement à un axe longitudinal de la conduite secondaire 18, et sont joints les uns aux autres sans aucun degré de liberté le long de leurs parois longitudinales extérieures 28. [0026] La longueur Lt des tubes 26 est, par exemple, supérieure à 100 20 micromètres, ou 1 millimètre, ou 1 centimètre. La longueur Lt est aussi, par exemple, inférieure à 10 centimètres, 5 centimètres, ou 1,5 centimètre. [0027] Le rapport a entre la longueur Lt du tube 26 et le diamètre hydraulique Dt du tube 26, défini comme a = Lt / Dt, est compris, par exemple, entre deux et 100 et, de préférence, supérieur à deux ou cinq. 25 [0028] La figure 5 illustre le procédé 30 de réinjection du gaz de carter. [0029] Ce procédé 30 comprend une première étape 32 d'introduction d'un gaz de refroidissement dans la conduite secondaire 18, en amont du filtre 24. Ce gaz de refroidissement possède une température et un taux d'humidité tous deux inférieurs à ceux du gaz de carter. Ce gaz de refroidissement est par 30 exemple de l'air froid prélevé à l'extérieur du véhicule 2. Par exemple, le débit de ce gaz de refroidissement est une à quatre fois supérieur au débit de gaz de carter à l'intérieur du circuit 14, et est au plus égal à 5% du débit d'air circulant dans la conduite principale 6. Le filtre 24 modifie l'écoulement du gaz de refroidissement, de sorte à ce que cet écoulement soit de type laminaire. 35 Typiquement, le nombre de Reynolds de cet écoulement en aval du filtre est inférieur à 2000. [0030] Dans une deuxième étape 34, le gaz de refroidissement est mélangé avec le gaz de carter injecté dans la conduite secondaire 18 par l'intermédiaire du second piquage 22. 2 98232 5 6 [0031] Dans une troisième étape 36, la vapeur d'eau 40 contenue dans le gaz de carter est transformée en brouillard 42 par un phénomène de condensation. [0032] Dans une quatrième étape 38, le mélange comprenant le gaz de 5 carter refroidi et le brouillard 42 est injecté dans la conduite principale 6 par l'intermédiaire du piquage 20. [0033] La formation de brouillard est un phénomène climatique connu. Elle survient par exemple lorsqu'un gaz comprenant de la vapeur d'eau et des particules hydrophiles en suspension, jouant le rôle de noyaux de 10 condensation homogène (en langue anglaise, « cloud condensation nuclei »), est refroidi de sorte à porter la vapeur d'eau dans un état sursaturé. Dans de telles conditions, cette vapeur d'eau se condense alors autour de ces particules en suspension. Il en résulte un brouillard formé de particules d'eau et de glace en suspension dans le gaz. Grâce à la conduite 18 et au filtre 24, la 15 vapeur d'eau se condense à l'intérieur même du gaz et non plus sur les parois des conduites du piquage 20. [0034] Plus précisément, dans cet exemple, les particules hydrophiles en suspension dans le gaz de carter sont des particules de lubrifiant non éliminé lors du passage du gaz de carter dans le décanteur d'huile 16. En effet, les 20 lubrifiants utilisés dans un moteur d'automobile contiennent généralement des substances tensioactives, ce qui leur confère un caractère hydrophile lorsqu'ils sont sous forme de particules en suspension dans un gaz. En l'absence de ces tensioactifs, la formulation des lubrifiants utilisés dans le moteur 4 peut être altérée de sorte à ajouter des tensioactifs permettant le fonctionnement du 25 procédé 30. [0035] Le caractère laminaire de l'écoulement d'air dans la conduite secondaire 18 limite le dépôt sur les parois des particules d'eau et de glace formées à l'intérieur de l'écoulement. [0036] La figure 6 illustre l'évolution de l'humidité et de la température du 30 gaz de carter lorsqu'il est réinjecté à l'aide du procédé 30. L'humidité absolue H d'un volume d'air humide est ici quantifiée par le rapport entre la masse de vapeur d'eau et la masse d'air sec contenant cette vapeur. Cette humidité absolue H est exprimée en gramme de vapeur d'eau par kilogramme d'air sec. La température T de l'air est exprimée en degré Celsius. Les ensembles de 35 courbes 51 et 59 des figures 6 et 7 représentent l'évolution de l'humidité absolue d'un volume d'air en fonction de sa température, pour différentes valeurs du taux d'humidité relative de ce volume d'air. Dans cet exemple, le gaz de carter à l'entrée du circuit de collecte 14, possède une température d'environ 48 degrés et un taux d'humidité de 43 grammes de vapeur d'eau par 40 kilogramme d'air (point 50 de la figure 6). Il est mélangé avec de l'air sec de température égale à -10 degrés (point 52). Le mélange de ces deux gaz conduit à un état sursaturé (point 54). La différence d'humidité 56 entre les points 50 et 54, ici égale à environ 30 grammes d'humidité par kilogramme d'air sec, correspond à la quantité de vapeur d'eau transformée en brouillard. [0037] La figure 7 illustre l'évolution de l'humidité et de la température du gaz de carter initialement dans les mêmes conditions (point 58) lorsqu'il est réinjecté dans la conduite principale 6 sans subir le procédé selon l'invention (point 60). La majorité de l'humidité 62 contenue dans le gaz de carter se condense alors sur les parois de la conduite 6 et du circuit de collecte 14. [0038] La figure 8 illustre un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel l'orifice d'entrée 17 de la conduite secondaire 18 est raccordé fluidiquement à la conduite principale 6 par l'intermédiaire d'un piquage 21, ce piquage 21 ayant lieu en amont du piquage 20. Avantageusement, la conduite principale 6 inclut une restriction 29, placée en amont du piquage 20. Les dimensions de cette restriction 29 sont choisies de sorte à contrôler le débit d'air envoyé dans la conduite secondaire 18. [0039] Avantageusement, la section transversale de chaque tube 26 peut être de forme hexagonale, de sorte à ce que l'ensemble des tubes 26 forme une structure en nid d'abeille. REVENDICATIONS1. Procédé de réinjection (30) de gaz de carter dans un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, caractérisé en ce que la vapeur d'eau contenue dans le gaz de carter est transformée (36) en brouillard avant l'injection (38) du gaz dans une conduite d'air principale reliée à un collecteur d'admission d'air du moteur. 2. Procédé de réinjection (30) de gaz de carter selon la revendication 1, dans lequel le gaz de carter est mélangé (34) avec un gaz de refroidissement ayant préalablement traversé un filtre agencé de manière à lui assurer un écoulement laminaire. 3. Procédé de réinjection (30) de gaz de carter selon la revendication 2, dans lequel le gaz de refroidissement est de l'air prélevé à l'extérieur du véhicule, la température et le taux d'humidité de cet air étant inférieurs à ceux du gaz de carter. 4. Dispositif de réinjection de gaz de carter d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comprenant : -un circuit de collecte (14) du gaz de carter comportant un orifice de sortie (15) du gaz de carter ; -une conduite d'air principale (6), comportant un orifice d'entrée (7) apte à prélever de l'air à l'extérieur du véhicule, et un orifice de sortie (9) apte à être relié à un collecteur d'admission d'air (8) du moteur (4), caractérisé en ce qu'il comprend : -une conduite d'air secondaire (18), comportant un orifice d'entrée (17) apte à prélever de l'air, et un orifice de sortie d'air (19) ; -un premier piquage (20), raccordant fluidiquement l'orifice de sortie (19) de la conduite d'air secondaire (18) à la conduite d'air principale (6) ; -un second piquage (22), raccordant fluidiquement l'orifice de sortie (15) du circuit de collecte (14) du gaz de carter à la conduite d'air secondaire (18) , et dans lequel la conduite d'air secondaire (18) comporte un filtre (24), placé entre le second piquage (22) et l'orifice d'entrée (17) de cette conduite secondaire (18), ce filtre (24) étant apte à assurer un écoulement laminaire de l'air entre ce filtre et le second piquage. 5. Dispositif de réinjection du gaz de carter selon la revendication 4, dans lequel le filtre (24) comprend une multitude de tubes (26) maintenus solidaires les uns aux autres par leurs côtés (28) les plus longs, ces tubes s'étendant parallèlement à un axe longitudinal de la conduite secondaire (18), lalongueur de chacun de ces tubes étant comprise entre 100 micromètres et cinq centimètres, et le rapport entre la longueur et le diamètre hydraulique de la section transversale d'un tube étant supérieur à deux ou cinq. 6. Dispositif de réinjection du gaz de carter selon la revendication 5, dans lequel la section transversale des tubes (26) du filtre (24) est de forme hexagonale. 7. Dispositif de réinjection du gaz de carter selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel l'orifice d'entrée d'air de la conduite d'air secondaire (18) est directement raccordé fluidiquement à l'air ambiant sans passer par l'intermédiaire de la conduite d'air principale (6). 8. Dispositif de réinjection du gaz de carter selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans le dispositif comporte un troisième piquage raccordant fluidiquement l'orifice d'entrée d'air (17) de la conduite secondaire (18) à la conduite d'air principale (6). 9. Véhicule automobile (2), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de réinjection des gaz de carter selon l'une quelconque des revendications 4 à 8. 10. Véhicule automobile (2) selon la revendication 9, comprenant : - un moteur à combustion interne (4), comprenant un collecteur d'admission d'air (8) et un carter de moteur (12), ce moteur (4) étant apte à mouvoir le véhicule (2) ; - un dispositif de réinjection des gaz de carter ; dans lequel un orifice d'entrée du circuit de collecte (14) des gaz de carter est raccordé fluidiquement au carter (12) du moteur, et l'orifice de sortie (9) de la conduite d'air principale (6) est raccordé fluidiquement au collecteur d'admission d'air (8) du moteur (4).