Brevet FR3074426A1 — publié le 20190607

La presente invention concerne un systerne de decantation pour un moteur a combustion interne. Au cours de son fonctionnement, un moteur a combustion interne produit des gaz de fuite dits gaz « blow-by » ou gaz de carter, c'est-a-dire des gaz qui sont enfermes dans le carter moteur. Ces gaz sont produits lors du fonctionnement normal du moteur ; en effet, des gaz s'echappent des chambres de combustion en passant le long des segments des pistons et fuient vers le carter moteur. Ils transitent dans le bas carter moteur ou ils se chargent en gouttelettes d'huile. Les gaz de fuite doivent etre evacues du carter moteur pour ne pas 10 mettre ce dernier en surpression. Les gaz de fuite etant charges de gouttelettes d'huile, ils ne peuvent pas etre rejetes dans ('atmosphere ; cela est interdit par les normes anti pollution en vigueur. Les gaz de fuite sont donc reintroduits a ('admission apres avoir ete debarrasses des gouttelettes d'huile dont ils sont charges. 15 II est important que ('operation de nettoyage des gaz de fuite soit la plus efficace possible pour au moins trois raisons. L'introduction de gaz de fuite charges d'huile pour les faire bruler dans les cylindres augmente remission de particules toxiques. Cela deteriore le rendement du moteur et, enfin, cela augmente la consommation d'huile du moteur. 20 Pour cela, il existe des dispositifs de separation qui nettoient les gaz de fuite en capturant les gouttelettes d'huile ; ces dispositifs de separation peuvent agir par decantation. On connait, par exemple, par le document FR-A-2984175, un dispositif de separation d'huile fonctionnant par decantation. 25 Pour que roperation de separation s'effectue avec efficacite, il importe que les gaz de fuite soient introduits dans le dispositif de separation avec une vitesse suffisante. Or, dans certaines conditions de fonctionnement d'un moteur, les gaz de fuite sont a des vitesses qui ne permettent pas une epuration satisfaisante. 30 Dans ce contexte technique, un but de ('invention est de proposer un systerne de decantation ameliorant les performances de separation des gouttelettes d'huile presentes dans un gaz de fuite. L'invention concerne un systerne de decantation d'huile pour un moteur a combustion interne comprenant (i) un dispositif de separation concu pour pieger 35 des gouttelettes d'huile presentes dans un flux d'un gaz de fuite et (ii) une pompe a 2 ejecteur placee en amont du dispositif de separation concue pour accelerer le flux de gaz de fuite avant son introduction dans le dispositif de separation. Ainsi, l'invention propose un dispositif de decantation qui cree une aspiration realisee par une pompe a ejecteur qui permet de palier ou de s'additionner 5 a ('aspiration moteur pour permettre de traiter les gaz de fuite dans le dispositif de separation avec une efficacite optimale. Selon plusieurs caracteristiques de l'invention prises isolement ou de maniere combinee : - le systerne de decantation comprend de plus un passage secondaire 10 ferme par un volet mobile, dispose en parallele de la pompe a ejecteur permettant d'augmenter la section de passage du flux de gaz de fuite. - la pompe a ejecteur comprend (i) un corps tubulaire dont une extremite comprend un embout de liaison a une source de gaz propulseur et dont la seconde extremite comprend une buse et (ii) une tuyere disposee en regard du dispositif de 15 separation, la buse debouchant dans la tuyere. - la pompe a ejecteur comprend un clapet anti retour. - le systerne de decantation comprend une fenetre obturee par un volet mobile, la fenetre delimitant le passage secondaire vers le dispositif de separation. - le systerne de decantation comprend une paroi dont une face amont 20 recoit la tuyere et dont une face aval recoit le dispositif de separation, la tuyere et le dispositif de separation etant en communication par une ouverture formee dans la pa roi. - la tuyere est venue de moulage avec la paroi. - l'ouverture pratiquee dans la paroi presente une zone superieure semi 25 circulaire et une zone inferieure en trapeze, la zone superieure se trouvant en regard de la tuyere et la zone inferieure se trouve en regard de l'ouverture. - le systerne de decantation comprend une paroi de matiere qui s'etend entre la face exterieure de la tuyere et la paroi dans laquelle est menagee la fenetre formant le passage secondaire. 30 - le volet mobile est maintenu en position de fermeture par gravite. - le dispositif de separation comprend un clapet dote de moyens de decantation separant les gouttelettes et un gaz propre. Selon un autre aspect, l'invention concerne un moteur a combustion interne comprenant un systerne de decantation tel que decrit precedemment. 35 L'invention sera davantage comprise a la lecture de la description non !imitative qui va suivre, faite en reference aux figures ci-annexees. 3 - Les figures 1, 2, 4 et 5 presentent, en vue longitudinale coupee, un systerne de decantation selon plusieurs regimes de fonctionnement ; - La figure 3 est une vue a echelle agrandie illustrant le fonctionnement d'une pompe a ejecteur du systerne de decantation selon l'invention ; 5 - La figure 6 represente une variante du dispositif montre aux figures 1, 2, 4 et 5 ; - Les figures 7 et 8 montrent une paroi et I'ouverture pratiquee dans cette paroi qui relier la pompe a ejecteur et le systerne de decantation ; - La figure 9 est un graphe montrant l'efficacite spectrale a differents 10 debits d'un systerne de decantation selon ('art anterieur et d'un systerne de decantation selon l'invention ; - La figure 10 montre un moteur equips d'un systerne de decantation selon l'invention. De facon schernatique, un moteur 100 a combustion interne comme 15 represents sur la figure 10 comprend notamment un cylindre 101 dans lequel se &place un piston 102, un carter 103 dans lequel barbotte de I'huile 106, et une conduite 104 d'aspiration. Au cours du fonctionnement du moteur, des gaz brules 105 s'infiltrent dans le carter 103 d'huile en passant entre le cylindre 101 et le piston 102 au travers de la segmentation. Leur evacuation provoque un flux gazeux dit de 20 fuite 110 chargé de gouttelettes d'huile collectees au cours du barbotage dans l'huile 106. Le moteur 100 est equips d'un dispositif 1 de separation d'huile selon l'invention. Les gaz de fuite 110 sont achemines en entrée du dispositif 1 de 25 separation d'huile selon l'invention, ce dernier permettant de debarrasser le flux de gaz de fuite 110 des gouttelettes d'huile qu'il contient. Les gouttelettes d'huile 107 capturees sont collectees et acheminees vers le carter 103 d'huile pour y etre recyclees. Le flux gazeux 111 debarrasse des gouttelettes d'huile est evacue dans la conduite 104 d'aspiration d'air du moteur. 30 En se reportant a la figure 1, le systerne separateur d'huile 1 selon l'invention comprend, un corps 2 tubulaire ayant un conduit d'entree 3 de gaz de fuite 110 qui est connects a un carter d'un moteur, un conduit de sortie 4 qui est connects a ('admission de ce moteur, une pompe a ejecteur 5 destinee a accelerer la vitesse du gaz de fuite 110 et un dispositif de separation 6 d'huile dans lequel le gaz 35 de fuite 110 est debarrasse de ses gouttelettes d'huile 107. Le corps tubulaire 2 comprend une paroi 7 orientee perpendiculairement au sens du flux. La paroi 7 4 separe, en amont, la pompe a ejecteur 5 et, en aval, le dispositif de separation 6 d'huile. La paroi 7 presente une ouverture 14 qui met en communication la pompe a ejecteur 5 et le dispositif de separation 6. Comme cela apparait sur les figures, le systerne separateur 1 comprend 5 une pompe a ejecteur 5 apte a augmenter la vitesse du gaz de fuite 110 avant son introduction dans le dispositif de separation 6. L'objectif est, en augmentant la vitesse du gaz, d'augmenter l'effet de decantation d'huile et, ainsi, l'efficacite du dispositif de separation 6. En se reportant a Ia figure 2, Ia pompe a ejecteur 5 fonctionne au moyen 10 d'un gaz propulseur 113 qui, en pratique, provient d'un piquage realise sur le circuit de suralimentation (non represents) du moteur et qui entraine un gaz a accelerer, a savoir le gaz de fuite 110 qui provient du carter moteur. La pompe a ejecteur 5 comprend un corps tubulaire 8 pourvu a son extremite, d'une buse 9. La buse 9 debouche dans une tuyere 10 ; Ia tuyere 10 15 presente une geometrie conique et debouche elle-merne sur le dispositif de separation d'huile 6. Dans I'exemple represents sur les figures, Ia tuyere 10 est venue de moulage avec Ia paroi 7. Ainsi, Ia pompe a ejecteur 5 comprend une tuyere 10 apte a recevoir le 20 gaz de fuite 110 provenant d'un carter moteur par Ia conduite d'entree 3 et une buse 9 alimentee par un gaz propulseur 113 dont l'extremite debouche dans Ia tuyere 10. On peut remarquer la structure relativement simple de la pompe a ejecteur 5 qui, en particulier, ne comprend que des composants fixes qui peuvent etre 25 aisement inseres dans le systerne de decantation et ce, sans surcout significatif. La buse 9 est, ici, reliee au circuit de suralimentation du moteur (non represents sur les figures). Le gaz propulseur 113 qui peut etre piqué sur le circuit de suralimentation a une pression de I'ordre de 0 a 2 bars entraine le gaz de fuite 110 qui circule dans la conduite d'entre 3. Le gaz de fuite 110 ainsi accelere ressort de la 30 tuyere 10 avec une vitesse augmentee. L'effet d'acceleration cree par la pompe a ejecteur 5 est plus particulierement represents a la figure 3. Le systerne 1 peut comprendre, en outre, une fenetre 12 fermee par un volet 13 mobile. La fenetre 12 est disposee entre le conduit d'entree 3 et le dispositif de separation 6 et est placee en parallele de la tuyere 10. En pratique, it est prevu une 35 paroi de matiere plastique qui s'etend entre la surface exterieure de la tuyere 10 et la 5 paroi 7 dans laquelle est menagee la fenetre 12 ; celle-ci forme ainsi un passage secondaire parallele au passage principal forme par la tuyere 10. Le volet 13 peut etre une lame de matiere plastique qui obture par gravite la fenetre 12. 5 La fenetre 12 est placee en derivation de la tuyere 10. Ainsi, lorsque le volet 13 est ouvert, le gaz de fuite 110 arrivant par le conduit d'entree 3 beneficie d'un passage secondaire vers le dispositif de separation 6; en cela, le gaz de fuite 110 nest pas contraint de passer exclusivement par la tuyere 10. Dans la forme de realisation des figures 1 a 5, le corps 8 de la pompe a ejecteur 5 est pourvu d'un clapet anti retour 15 ; celui-ci est forme d'un obturateur 16 pousse par un ressort 17. II est a noter que l'obturateur 16 peut presenter une geometrie a diametre evolutif de facon a regler le debit passant au travers du clapet anti retour 15 en fonction de la course de l'obturateur 16. Le dispositif de separation 6 a pour fonction d'epurer le gaz de fuite 110 15 qui est donc chargé de gouttelettes d'huile pour en faire un gaz 110 epure susceptible d'être reintroduit a ('admission du moteur. Le dispositif de separation 6 peut presenter diverses formes ; dans l'exemple de realisation de ('invention illustre, le dispositif de separation 6 est de type cylindrique et agit par coalescence. 20 Ainsi it comprend, notamment, un corps 20 eu appui sur la paroi 7 qui est dispose en regard de la tuyere 10 et en regard de la fenetre 12 de sorte que le dispositif de separation 6 peut etre a limente par un flux provenant de la tuyere 10 ou provenant de maniere combinee de la tuyere 10 et de la fenetre 12. Les figures 7 et 8 montrent l'ouverture 14 de la paroi 7. L'ouverture 14 25 presente une zone superieure 14a semi circulaire et une zone inferieure 14 b en trapeze. La zone superieure 14a se trouve en regard de la tuyere 10 tandis que la zone inferieure 14b se trouve en regard de l'ouverture 12. Le principe fonctionnel du dispositif de separation 6 est de forcer le gaz a 30 emprunter une trajectoire radiale. Dans la forme de realisation illustree sur les figures, le dispositif de separation 6 presente un clapet 21 qui est pousse par un ressort 22 ; cette configuration est representee a la figure 7. Lorsqu'un gaz de fuite vient exercer une pression sur le clapet 21, celui-ci 35 s'efface, comme on peut le voir a la figure 8, et contraint le gaz a emprunter une trajectoire sensiblement radiale. La forme de la conduite de sortie inflechit ensuite la 6 trajectoire du gaz selon l'axe longitudinal. II en resulte une double inflexion de la trajectoire du gaz, autour du profil du clapet 21. Entre ces deux inflexions, les gouttelettes d'huile, presentant une inertie plus importante que le gaz seul, suivent une trajectoire plus centrifuge et viennent heurter une paroi longitudinale du 5 dispositif de separation 2 qui les arrete, tandis que le gaz propre 111 poursuit son trajet dans la conduite de sortie 4. Les gouttelettes d'huile 107 separees du gaz sont collectees pour rejoindre le carter par un conduit 24. Dans d'autres formes de realisation, le dispositif de decantation 6 peut 10 utiliser un principe de chicanes pour deshuiler le gaz de fuite. Le systerne separateur 1 selon ('invention peut presenter plusieurs regimes de fonctionnement qui assurent une efficacite maximale. La figure 1 illustre le systerne de decantation 1 au repos c'est-a-dire un regime dans lequel le dispositif de separation 2 n'est pas sollicite, le clapet 21 est donc en appui contre la paroi 7. La figure 2 montre le systerne de decantation 1 dans un regime de fonctionnement dans lequel le circuit de suralimentation fournit un gaz propulseur 113 qui entraine le gaz de fuite 110 et en augmente la vitesse. Le gaz propulseur 113 pousse le clapet 15 et entre dans le corps 8 et s'echappe par la buse 9. Le clapet 15 s'ouvre proportionnellement au debit du gaz propulseur 113 arrivant du circuit de suralimentation ; ainsi, le gaz propulseur 113 est injects au centre de la tuyere 10 et a un effet d'entrainement et d'acceleration sur le gaz de fuite 110 comme on peut le voir plus precisement sur la figure 3. II peut cependant se produire en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, un regime dans lequel le gaz de suralimentation n'est pas disponible ; cela peut etre, par exemple, le cas d'un moteur fonctionnant a forte charge pour lequel la totalite de la suralimentation est sollicitee pour ('alimentation des cylindres ce qui interdit de consacrer une fraction du gaz de suralimentation a d'autres fonctions. Dans ce cas de figure, qui est illustre a la figure 4, le clapet 15 obture la pompe a ejecteur 5 et le gaz de fuite 110 peut, en fonction de la qua ntite et de la pression avec lesquelles it entre dans le systerne de decantation 1, acceder au dispositif de separation 6 soit en traversant la tuyere 10 soit en traversant la tuyere 10 et la fenetre 12 comme cela est represents a la figure 4. Le passage secondaire qui est forme par la fenetre 12 adjacente a la tuyere 10 permet de limiter la perte de charge qui est creee par la pompe a ejecteur 5 lorsque celle-ci n'est pas en action du fait de l'indisponibilite de gaz propulseur. 7 La figure 5 montre un regime de fonctionnement dans lequel la pompe a ejecteur 5 est en action et produit une acceleration du flux entrant de gaz de fuite 110 et dans lequel le flux de gaz de fuite 110 passe egalement au travers du passage secondaire forme pour la fenetre 12. 5 II peut etre envisage une variante de realisation de ('invention dans laquelle, comme cela est illustre a Ia figure 6, Ia pompe a ejecteur 5 est depourvue de clapet. Dans cette forme de realisation, le controle du gaz propulseur 113 peut etre realise en amont de Ia pompe a ejecteur 5 a l'exterieur du strict perimetre du systerne de decantation 1. II est egalement possible de donner a Ia buse une geometrie 10 particuliere permettant de gerer ('introduction du gaz propulseur. Les courbes de Ia figure 9 illustrent clairement ('amelioration de l'efficacite spectrale de separation d'huile. Ces courbes montrent l'efficacite en fonction du diametre des gouttelettes d'huile a different debit. On constate ainsi l'efficacite Ia plus faible (90% pour des gouttelettes de taille superieure a 1,5 p.m) se 15 mesure a un debit de 30 L/min tandis que l'efficacite Ia plus elevee (90% pour des gouttelettes de taille superieure a 0,6 p.m) se mesure pour un debit de 90I/min avec une pression du gaz propulseur 113 a 800 mbar. A debit constant par exemple 60 L/min, on constate que I'apport de gaz propulseur 113 a 600 mbar permet d'ameliorer considerablement le deshuilage pour 20 les gouttelettes de petits diametres. Ces courbes demontrent clairement I'effet que produit ('acceleration du gaz de fuite 110 generee par Ia pompe a ejecteur 5 sur Ia qualite du deshuilage. Le fleche qui apparait en surimpression sur Ia figure 9 montre les courbes d'efficacite qui se rapprochent de 100 % et de gouttelettes de plus petits diametres en fonction de 25 ('augmentation de Ia pression du gaz propulseur passant dans Ia pompe a ejecteur 5. L'invention fournit aussi un dispositif de decantation qui cree une aspiration realisee par Ia pompe a ejecteur 5 permettant de palier ou de s'additionner a ('aspiration moteur presente dans Ia canalisation 104. Ceci permet ainsi de creer une pression negative dans le conduit d'entree 3, cette pression n'etant pas negative sans 30 ('utilisation de ('invention ci-dessus decrite. Bien entendu, ('invention nest pas limitee aux formes de realisation decrite ci-dessus a titre d'exemples REVENDICATIONS1. Systeme de decantation (1) d'huile pour un moteur a combustion interne comprenant (i) un dispositif de separation (6) concu pour pieger des gouttelettes d'huile (107) presentes dans un flux d'un gaz de fuite (110) et (ii) une pompe a ejecteur (5) placee en amont du dispositif de separation (6) concue pour accelerer le flux de gaz de fuite (110) avant son introduction dans le dispositif de separation (6). 2. Systeme de decantation (1) selon la revendication 1, caracterise en ce que le systerne de decantation (1) comprend de plus un passage secondaire ferme par un volet (13) mobile, dispose en parallele de la pompe a ejecteur (5) permettant d'augmenter la section de passage du flux de gaz de fuite (110). 3. Systeme de decantation (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caracterise en ce que la pompe a ejecteur (5) comprend (i) un corps tubulaire (8) dont une extremite comprend un embout de liaison a une source de gaz propulseur (113) et dont la seconde extremite comprend une buse (9) et (ii) une tuyere (10) disposee en regard du dispositif de separation (6), la buse (9) debouchant dans la tuyere (10). 4. Systeme de decantation (1) selon la revendication 3, caracterise en ce que la pompe a ejecteur (5) comprend un clapet anti retour (15). 5. Systeme de decantation (1) selon l'une des revendications 2 a 4, caracterise en ce que le systerne de decantation (1) comprend une fenetre (12) obturee par un volet (13) mobile, la fenetre (12) delimitant le passage secondaire vers le dispositif de separation (6). 6. Systeme de decantation (1) selon l'une des revendications 1 a 5, caracterise en ce que le systerne de decantation (1) comprend une paroi (7) dont une face amont recoit la tuyere (10) et dont une face aval recoit le dispositif de separation (6), la tuyere (10) et le dispositif de separation (6) etant en communication par une ouverture (14) formee dans la paroi (7). 9 7. Systeme de decantation (1) selon la revendication 6, caracterise en ce que la tuyere (10) est venue de moulage avec la paroi (7). 8. Systeme de decantation (1) selon I'une des revendications 6 a 7 5 lorsqu'elles dependent de la revendication 3, caracterise en ce que l'ouverture (14) presente une zone superieure (14a) semi circulaire et une zone inferieure (14b) en trapeze, la zone superieure (14a) se trouvant en regard de la tuyere (10) tandis que la zone inferieure (14b) se trouve en regard de l'ouverture (12). 10 9. Systeme de decantation (1) selon l'un des revendications 6 a 8 lorsqu'elles dependent de la revendication 5, caracterise en ce que le systerne de decantation (1) comprend une paroi de matiere qui s'etend entre la face exterieure de la tuyere (10) et la paroi (7) dans laquelle est menagee la fenetre (12) formant le passage secondaire. 15 10. Systeme de decantation (1) selon I'une des revendications 2 a 9, caracterise en ce que le volet (13) mobile est maintenu en position de fermeture par gravite. 20 11. Systeme de decantation (1) selon I'une des revendications 1 a 10, caracterise en ce que le dispositif de separation (2) comprend un clapet (21) dote de moyens de decantation separant les gouttelettes (107) et un gaz propre (111). 12. Moteur (100) a combustion interne comprenant un systerne de 25 decantation (1) selon I'une des revendications 1 a 10.