Brevet FR3096735A1 — publié le 20201204

Description Titre de l'invention : Système de décantation d'huile pour un moteur à combustion interne [0001] La présente invention concerne un système de décantation (l'huile pour un moteur à combustion interne. [0002] Au cours de son fonctionnement, un moteur à combustion interne produit des gaz de fuite dits gaz « blow-by » ou gaz de carter, c'est-à-dire des gaz qui sont enfermés dans le carter moteur. Ces gaz sont produits lors du fonctionnement normal du moteur. Le phénomène de «blow-by » ou de fuite apparait lorsque des gaz mis sous pression lors de la phase de compression s'échappent par les passages formés entre les segments et les chemises, les guides de soupapes, les palier pour se retrouver dans le carter moteur où ils se mélangent avec les vapeurs d'huile. Cc phénomène s'accentue avec l'usure des segments et des chemises. [0003] Les gaz de fuite doivent être évacués du carter moteur pour ne pas mettre ce dernier en surpression et pour ne pas remonter dans les chambres de combustion où leur combustion s'avère tout à fait délétère en terme d'émission de particules toxiques [0004] Les gaz de fuite étant chargés de gouttelettes d'huile, ils ne peuvent pas être rejetés dans l'atmosphère ; cela est interdit par les normes anti-pollution en vigueur. Les gaz de fuite sont donc réintroduits à l'admission d'air après avoir été débarrassés des gouttelettes d'huile dont ils sont chargés. [0005] Il est important que l'opération de nettoyage des gaz de fuite soit la plus efficace possible pour au moins trois raisons. [0006] L'introduction de gaz de fuite chargés d'huile pour les faire brûler dans les cylindres augmente l'émission de particules toxiques. Cela détériore le rendement du moteur et, enfin, cela augmente la consommation d'huile du moteur. [0007] Pour cela, il existe des dispositifs de séparation qui nettoient les gaz de fuite en capturant les gouttelettes d'huile ; ces dispositifs de séparation peuvent agir par décantation. [0008] On tonnait, par exemple, par le document FR-A-2984175, un dispositif de séparation d'huile fonctionnant par décantation. Dans cet art antérieur, il est notamment proposé une solution au problème des pertes de charge lorsque le régime moteur augmente. A cette fin, il a été envisagé d'équiper le dispositif de séparation d'huile d'un organe d'obstruction mobile sous l'effet de la pression exercée par le flux gazeux en amont, l'organe d'obstruction revenant à sa position de repos sous l'action de moyens de rappel du type ressort. [0009] La solution décrite dans cet art antérieur présente toutefois l'inconvénient de né- 2 cessiter un ressort de manière à ramener l'organe d'obstruction dans sa position de repos. Cette solution est donc relativement complexe à mettre en oeuvre et, de surcroît, entraîne une augmentation non négligeable du coût de fabrication. [0010] Dans ce contexte technique, un but de l'invention est de proposer un système de dé- cantation d'huile ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur susmentionné. [0011] L'invention concerne un système de décantation d'huile pour un moteur à combustion interne comprenant au moins une paroi principale munie d'une ouverture de passage pour un flux de gaz de fuite et un dispositif de séparation disposé en aval de ladite ouverture de passage dans le sens de circulation dudit flux de gaz de fuite, le dispositif de séparation comprenant un clapet doté de moyens de décantation aptes à retenir l'huile contenue dans le gaz de fuite et à laisser passer un flux de gaz de fuite épuré, caractérisé en ce que le clapet est monté de manière pivotante sur la paroi principale de telle sorte que son inclinaison par rapport à ladite paroi principale varie en fonction du flux de gaz de fuite. [0012] Ainsi, l'invention propose un dispositif de décantation d'huile qui permet d'adapter l'inclinaison du clapet au flux de gaz de fuite. De cc fait, lorsque le débit du flux de gaz de fuite augmente en amont, il engendre une inclinaison plus importante du clapet par rapport à la paroi principale, ce qui permet d'évacuer un débit de gaz plus important en aval. La solution de l'invention offre donc les mêmes avantages que la solution décrite précédemment tout en évitant l'utilisation d'un ressort pour ramener le clapet dans sa position de repos. [0013] Selon plusieurs caractéristiques de l'invention prises isolément ou de manière combinée : [0014] - le clapet est mobile entre une position de fermeture dans laquelle son angle d'inclinaison par rapport à la paroi principale est nul, le flux de gaz de fuite circulant uniquement au travers des moyens de décantation du clapet, et une position d'ouverture dans laquelle son angle d'inclinaison par rapport à la paroi principale n'est pas nul, le flux de gaz de fuite circulant en partie au travers des moyens de décantation du clapet et en partie au travers d'une section de passage formée entre la paroi principale et le clapet. [0015] - le clapet est maintenu en position de fermeture par gravité. [0016] - le clapet comprend une première extrémité reliée de manière pivotante sur la paroi principale et une deuxième extrémité sensiblement parallèle à ladite première extrémité. [0017] - le clapet comprend un élément destiné à faire contrepoids, ledit élément étant disposé au niveau de la deuxième extrémité. [0018] - le système comprend une structure de tamis flexible s'étendant depuis la deuxième extrémité du clapet et disposée de telle sorte que, dans la position d'ouverture du 3 clapet, le flux de gaz de fuite circulant à travers la section de passage formée entre la paroi principale et le clapet traverse au moins partiellement ladite structure de tamis, ladite structure de tamis étant ainsi apte à retenir l'huile contenue dans ledit flux gaz de fuite et à laisser passer un flux de gaz de fuite épuré. [0019] - le système comprend des moyens de butée aptes à limiter l'angle d'inclinaison du clapet par rapport à la paroi principale. [0020] - les moyens de butée sont configurés pour amortir élastiquement les chocs. [0021] - le clapet est configure pour avoir un angle d'inclinaison non nul avec la paroi principale lorsque le débit du flux de gaz de fuite au niveau de l'ouverture est suffisamment important pour ouvrir ledit clapet et est, par exemple, supérieur à 20 L/min. [0022] Selon un autre aspect, l'invention concerne un moteur à combustion interne comprenant un système de décantation tel que décrit précédemment. [0023] L'invention sera davantage comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées. [0024] [fig.1] représente de manière schématique un moteur équipé d'un système de dé- cantation selon l'invention ; [0025] [fig.2] est une vue en perspective, de dessus d'un couvre-culasse intégrant un système de décantation selon l'invention ; [0026] [fig.3] est une vue similaire à la figure 2, une paroi externe du couvre-culasse ayant été retirée de manière à voir l'intérieur du système de décantation ; [0027] [fig.4] est une vue en perspective du clapet équipant le système de décantation re- présenté sur la figure 3 ; [0028] [fig.5] est une vue de face du clapet représenté sur la figure 4 ; [0029] [fig.6] est une vue en perspective de la paroi principale du système de décantation sur laquelle s'articule le clapet représenté sur la figure 4 ; [0030] [fig.7] est une vue de côté et en coupe transversale du détail A de la figure 3, le clapet étant dans sa position de fermeture ; [0031] [fig.8] est une vue similaire à la figure 7, le clapet étant dans une position d'ouverture [0032] [fig.9] est une vue similaire à la figure 8, le clapet étant muni d'un contrepoids; [0033] [fig.10] est une vue similaire à la figure 8, une paroi interne du couvre-culasse étant munie d'un élément de butée ; [0034] [fig.11] est une vue similaire à la figure 8, le clapet étant muni à son extrémité libre d'une structure en tamis ; [0035] [fig.12] est une vue en coupe transversale selon le plan de coupe Pl représenté sur la figure 3 ; [0036] [fig.13] est un graphe montrant l'évolution du différentiel de pression entre l'extérieur et l'intérieur du boîtier de décantation en fonction du débit de flux gazeux pour plusieurs modes de réalisation du système de décantation. [0037] De façon schématique, un moteur 100 à combustion interne comme représenté sur la figure 1 comprend notamment un cylindre 101 dans lequel se déplace un piston 102, un carter 103 dans lequel barbotte de l'huile 106, et une conduite 104 d'aspiration. Au cours du fonctionnement du moteur, des gaz brûlés 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 évacuation provoque un flux gazeux dit de fuite 110 chargé de gouttelettes d'huile collectées au cours du barbotage dans l'huile 106. [0038] Le moteur 100 est équipé d'un système de décantation 1 d'huile selon l'invention. [0039] Les gaz de fuite 1 1 0 sont acheminés en entrée du système de décantation 1 d'huile selon l'invention, cc dernier permettant de débarrasser le flux de gaz de fuite 110 des gouttelettes d'huile qu'il contient. Les gouttelettes d'huile 107 capturées sont collectées et acheminées vers le carter 103 d'huile pour y être recyclées. Le flux gazeux 111 débarrassé des gouttelettes d'huile, dénommé par la suite flux de gaz de fuite épuré, est évacué dans la conduite 104 d'aspiration d'air du moteur. Ce flux gazeux 111 possède en général une quantité d'huile restante très faible, voire nulle. [0040] En référence aux figures 2 et 3, le système de décantation 1 d'huile selon l'invention comprend un boîtier de décantation 11 formant un seul bloc avec un couvre-culasse 12 d'un moteur à combustion interne. Cc boîtier de décantation 11 comprend notamment une zone d'entrée 13 pour le flux de gaz de fuite provenant du carter du moteur, un premier orifice de sortie 14 pour l'évacuation de l'huile récupérée des gaz de fuite et une deuxième orifice de sortie 15 pour l'évacuation des gaz de fuite épurés. [0041] Tel que représenté sur les figures 4 à 6, la zone d'entrée 13 est formée par une paroi principale 16 munie d'une ouverture de passage 17, le boîtier de décantation 11 étant en communication fluidique avec l'intérieur du carter du moteur à travers ladite ouverture de passage 17. La paroi principale 16 est avantageusement disposée de manière oblique par rapport à une paroi secondaire 18 du boîtier de décantation 11 de telle sorte que, lors du fonctionnement normal du moteur, la paroi secondaire 18 soit orientée verticalement et la paroi principale 16 soit inclinée d'un angle a. par rapport à la verticale. Un clapet 19 est articulé sur la paroi principale 16 de telle sorte qu'il peut pivoter autour d'un axe )0C au niveau d'une de ses extrémités 20 entre une première position, telle que représentée sur la figure 7, dans laquelle il repose sur la paroi principale 16, et une deuxième position, telle que représentée sur la figure 8, dans laquelle il est incliné d'un angle 13 non nul par rapport à la paroi principale 16. Le passage de la première position, dite position de fermeture, à la deuxième position, dite position d'ouverture, dépendra du flux de gaz de fuite. En particulier, le flux de gaz de fuite exerce sur le clapet 19 une poussée dirigée vers le haut et selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan P définie par la paroi principale 16. Cette poussée est proportionnelle notamment au débit du flux de gaz de fuite. Tant que cette poussée est faible, c'est-à-dire tant que le débit du flux gazeux est faible, elle n'est pas suffisante pour contrer le poids du clapet 19 : le clapet 19 reste donc en appui contre la paroi principale 16. A r inverse, lorsque le débit du flux gazeux dépasse une valeur seuil Dmin, qui dépend notamment du poids du clapet 19 et de l'angle d'inclinaisonen, il génère une poussée suffisante pour soulever le clapet 19 : le clapet 19 n'est plus en appui contre la paroi principale 16 et du gaz de fuite peut donc s'échapper à travers la section de passage S formée entre l'extrémité libre 21 du clapet 19 et la paroi principale 16. Cette configuration permet donc de résoudre le problème des pertes de charges du fait de la surpression dans le carter du moteur. Par ailleurs, cette configuration présente l'avantage de ne pas nécessiter de moyens de rappel pour ramener le clapet 19 dans sa position de fermeture, étant donné que le clapet 19 revient automatiquement dans sa position de fermeture sous l'effet de la gravité. Durant le fonctionnement normal du moteur, le clapet 19 sera ainsi soumis constamment à une force de poussée vers le haut exercée par le flux de gaz de fuite et à une force d'attraction vers le bas du fait de son poids. Il aura ainsi tendance à osciller autour d'une position moyenne en fonction du niveau d'utilisation du moteur. [0042] Le clapet 19 est doté de moyens de décantation 22, lesdits moyens de décantation 22 étant configurés pour extraire l'huile contenue dans le gaz de fuite. Plusieurs configurations possibles peuvent être envisagées à ce niveau. Ainsi, dans la configuration représentée sur les figures 4 et 5, les moyens de décantation 22 consistent en une série d'hélices fixes disposées à l'intérieur d'ouvertures traversantes formées dans la paroi du clapet 19. Le fonctionnement et les détails de structure de telles hélices fixes ont notamment été décrits dans le brevet EP 1 684 888. Une autre configuration possible pourrait consister à utiliser des hélices possédant au moins un volet mobile. Une telle configuration a notamment été décrite dans le brevet EP 2 050 491. Une troisième configuration envisageable pourrait consister à disposer un matériau poreux à base de fibres dans une ouverture traversante centrale du clapet 19. Quelle que soit la configuration utilisée, le clapet 19 doté (lesdits moyens de rétention 22 permet ainsi de laisser passer à l'intérieur du boîtier de décantation 11 un flux de gaz de fuite épuré. [0043] Le volume de gaz de fuite épuré sortant du boîtier de décantation 11 sera évidemment plus important lorsque le clapet 19 sera dans sa position de fermeture étant donné que, dans cette position de fermeture, l'intégralité du flux gazeux entre via l'ouverture de passage 17 et les moyens de décantation 22. Au contraire, lorsque le clapet 19 est en position d'ouverture, une part du flux gazeux entre dans le boîtier de décantation 11 via la section de passage S et n'est donc pas épuré par les moyens de décantation 22. [0044] En référence à la figure 9, il est représenté une première variante possible de 6 l'invention. Dans cette variante, le clapet 19 comprend un contrepoids 23 disposé à proximité de son extrémité libre 21. Ce contrepoids 23 permettra d'alourdir le clapet 19, augmentant ainsi la force d'attraction vers le bas auquel il est soumis. Il en résulte une augmentation concomitante de la valeur seuil Dmin du débit du flux de gaz de fuite à partir duquel le clapet 19 commence à se soulever sous l'effet de la poussée exercée par le flux gazeux en amont du clapet 19. [0045] En référence à la figure 10, il est représenté une deuxième variante possible de l'invention. Dans cette variante, une paroi interne 24 du couvre-culasse 12 est pourvue d'un élément de butée 25, ledit élément de butée 25 étant disposé de manière à limiter le pivotement du clapet 19 autour de son extrémité 20. Cet élément de butée 25 évitera ainsi une ouverture trop importante du clapet 19, et, de cc fait, limitera le risque de chocs directs entre le clapet 19 et la paroi interne 24. De manière avantageuse, il est envisageable d'utiliser un matériau élastique absorbant les chocs pour former l'élément de butée 25 de telle sorte que les chocs directs du clapet 19 contre l'élément de butée 25 n'entrainent pas une détérioration ou une destruction du clapet 19. Dans une autre configuration de l'invention, un élément absorbcur de chocs pourra également être intégré au clapet 19 lui-même. Cet élément ahsorheur sera disposé sur la face du clapet 19 qui est orientée vers la paroi interne 24 du couvre-culasse 12. [0046] En référence à la figure 11, il est représenté une troisième variante possible de l'invention. Dans cette variante, une structure de tamis 27 flexible est fixée ou est solidaire de l'extrémité libre 21 du clapet 19 et s'étend entre cette extrémité libre 21 et une paroi de fond 26 du boîtier de décantation 11 qui est contiguë à la paroi principale 16 de telle sorte que, dans la position d'ouverture du clapet, l'espace libre entre cette extrémité libre 21 et cette paroi de fond 26 est au moins partiellement obstruée par ladite structure de tamis 27. De cette façon, le flux de gaz de fuite circulant à travers la section de passage S formée entre la paroi principale 16 et le clapet 19 traverse au moins partiellement la structure de tamis 27. Cette structure de tamis 27 pourra avantageusement être constituée d'un matériau poreux à base de fibres lui conférant la capacité de retenir l'huile contenue dans le gaz de fuite. Un flux de gaz de fuite épuré pourra ainsi circuler en aval de la structure de tamis 27 à l'intérieur du boîtier de décantation 11. [0047] En référence à la figure 12, il est représenté un détail de structure du clapet 19 re- présenté sur les figure 4 et 5. Ce détail montre l'une des solutions techniques envisageables permettant de réaliser la fixation pivotante du clapet 19 sur la paroi principale 16. Dans cette solution, l'extrémité 20 du clapet 19 comporte, de chaque côté, un élément tubulaire 28 faisant saillie, ledit élément tubulaire 28 étant destiné à venir se loger dans un espace 29 délimité respectivement, en haut et en bas, par la paroi interne 24 du couvre-culasse 12 et par la paroi principale 16 et, latéralement, par deux 7 nervures verticales 30 du boîtier de décantation 11. Ainsi disposés, les éléments tubulaires 28 peuvent uniquement pivoter à l'intérieur de l'espace 29, permettant ainsi au clapet 19 de se déplacer de manière pivotante entre sa position de fermeture et une de ses positions d'ouverture. [0048] En référence à la figure 13, il est représenté un graphe montrant l'évolution du dif- férentiel de pression entre l'extérieur et l'intérieur du boîtier de décantation 11 en fonction du débit de flux gazeux et, ce, pour plusieurs modes de réalisation du système de décantation 1. [0049] Dans le mode de réalisation de l'exemple 1, la paroi principale 16 est inclinée à 45° par rapport à la verticale. L'ouverture de passage 17 possède une section sensiblement carrée couvrant une surface de 400 mm2 environ. Le clapet 19 possède également un profil sensiblement carré dont les côtés ont une longueur de 50 mm environ. La masse du clapet 19 est de 50 g. On constate sur le graphe que la courbe s'infléchit sensiblement lorsque le débit du flux gazeux dépasse 20 L/min. Cette valeur correspond donc à la valeur seuil Dmin à partir de laquelle le clapet 19 se soulève sous l'effet de la pression exercée par le flux de gaz de fuite en amont du clapet 19. En effet, lorsque le clapet 19 se soulève, le différentiel de pression entre l'extérieur et l'intérieur du boîtier de décantation 11 cesse de croître de manière exponentielle et suit ensuite une progression relativement linéaire. [0050] Dans le mode de réalisation de l'exemple 2, les dimensions du clapet 19, de la paroi principale 16 et de l'ouverture de passage 17, ainsi que l'angle d'inclinaison a, restent inchangés par rapport à l'exemple 1. En revanche, la masse du clapet 19 est de 20 g. On constate sur le graphe que la courbe s'infléchit lorsque le débit du flux gazeux dépasse 85 L/rnin Cette valeur correspond à la valeur seuil Dmin mentionné précédemment. [0051] Dans le mode de réalisation de l'exemple 3, les dimensions du clapet 19, de la paroi principale 16 et de l'ouverture de passage 17, ainsi que l'angle d'inclinaison a, restent inchangés par rapport à l'exemple 1. En revanche, la masse du clapet 19 est de 5 g. On constate sur le graphe que la courbe s'infléchit lorsque le débit du flux gazeux dépasse 40 L/min. Cette valeur correspond à la valeur seuil Dmin mentionné précédemment. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Système dc décantation (1) d'huile pour un moteur à combustion interne comprenant au moins une paroi principale (16) munie d'une ouverture de passage (17) pour un flux de gaz de fuite et un dispositif de séparation (19, 22) disposé en aval dc ladite ouverture de passage (17) dans le sens de circulation dudit flux de gaz de fuite, le dispositif dc séparation comprenant un clapet (19) doté de moyens de décantation (22) aptes à retenir l'huile contenue dans le gaz de fuite et à laisser passer un flux de gaz de fuite épuré, caractérisé en cc que le clapet (19) est monté de manière pivotante sur la paroi principale (16) de telle sorte que son inclinaison par rapport à ladite paroi principale (16) varie en fonction du flux de gaz de fuite. [Revendication 2] Système de décantation (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le clapet (19) est mobile entre une position de fermeture dans laquelle son angle d'inclinaison ([3) par rapport à la paroi principale (16) est nul, le flux de gaz de fuite circulant uniquement au travers des moyens de décantation (22) du clapet (19), et une position d'ouverture dans laquelle son angle d'inclinaison ([3) par rapport à la paroi principale (16) n'est pas nul, le flux de gaz de fuite circulant en partie au travers des moyens de décantation (22) du clapet (19) et en partie au travers d'une section de passage (S) formée entre la paroi principale (16) et le clapet (19). [Revendication 3] Système de décantation (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le clapet (19) est maintenu en position de fermeture par gravité. [Revendication 4] Système de décantation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet (19) comprend une première extrémité (20) reliée de manière pivotante sur la paroi principale (16) et une deuxième extrémité (21) sensiblement parallèle à ladite première extrémité (20). [Revendication 5] Système de décantation (1) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le clapet (19) comprend un élément (23) destiné à faire contrepoids, ledit élément (23) étant disposé au niveau de la deuxième extrémité (21). [Revendication 6] Système de décantation (1) selon la revendication 4 ou 5 lorsqu'elle dépend de la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une structure de tamis (27) flexible s'étendant depuis la deuxième extrémité (21) du clapet (19) et disposée de telle sorte que, dans la position 9 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] d'ouverture du clapet (19), le flux de gaz de fuite circulant à travers la section de passage (S) formée entre la paroi principale (16) et le clapet (19) traverse au moins partiellement ladite structure de tamis (27), ladite structure de tamis (27) étant ainsi apte à retenir l'huile contenue dans ledit flux gaz de fuite et à laisser passer un flux de gaz de fuite épuré. Système de décantation (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de décantation (22) du clapet (19) sont constitués par au moins une hélice fixe disposée à l'intérieur d'au moins une ouverture traversante formée dans la paroi du clapet 19. Système de décantation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de butée (25) aptes à limiter l'angle d'inclinaison du clapet (19) par rapport à la paroi principale (16). Système de décantation (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de butée (25) sont configurés pour amortir élastiquement les chocs. Système de décantation (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet (19) est configuré pour former un angle d'inclinaison non nul avec la paroi principale (16) lorsque le débit du flux (le gaz de fuite au niveau de l'ouverture est suffisamment important pour ouvrir ledit clapet (19). Système de décantation (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le clapet (19) est configuré pour former un angle d'inclinaison non nul avec la paroi principale (16) lorsque le débit du flux de gaz de fuite au niveau de l'ouverture de passage (17) est supérieur à 20 Umin. Moteur à combustion interne comprenant un système de décantation (1) selon l'une des revendications précédentes.