Brevet FR3160997A1 — publié le 20251010

Groupe motopropulseur comprenant un moteur à combustion interne (1), un circuit d’admission d’air (3), un circuit de recyclage des gaz de carter inférieur du moteur (5) comprenant une pompe (5a) dirigeant des gaz provenant d’au moins une cheminée (5d) d’évacuation des gaz de carter inférieur provenant du carter inférieur (1b) vers un déshuileur (5b) connecté en sortie par une conduite (5c) de gaz propres d’huile, piquée sur le circuit d’admission d’air (3), un circuit de retour d’huile (7) du déshuileur (5b) vers le moteur à combustion interne (1), et une ligne de ventilation (8) amenant de l’air frais dans le carter inférieur (1b), caractérisé par le fait qu’il comprend un dispositif à lames (5e) en sortie de la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur (5d) et en amont de la pompe (5a), comprenant au moins deux persiennes disposées de sorte que l’huile comprise dans les gaz de carter inférieur se condense au moins partiellement sur leur surface et s’écoule dans la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur (5d). Figure pour l’abrégé : [Fig 3] Moteur à combustion interne muni d’un déshuileur et d’au moins une cheminée d’évacuation de gaz de carter inférieur de moteur comprenant un dispositif à lames favorisant la condensation d’huile. L’invention concerne d’une manière générale une architecture de traitement des gaz dans un moteur à combustion interne, notamment des gaz provenant du carter inférieur dudit moteur, dits gaz de « blow by ». Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans un moteur à combustion interne de véhicule automobile du type à allumage commandé fonctionnant à l’hydrogène. Techniques antérieures Un moteur à combustion interne génère lors de son fonctionnement des fuites de gaz de combustion imbrûlés depuis les chambres de combustion jusque dans un carter inférieur du moteur, au niveau des segments des pistons et situé sous les cylindres. Ces gaz sont chargés à la fois de carburant imbrûlé et de gouttelettes d’huile provenant du contact des gaz de la chambre de combustion avec des pièces du moteur chargées d’huile de lubrification. Ces gaz huilés s’accumulent dans le carter inférieur et doivent en être évacués et recyclés dans le moteur. Notamment il faut séparer les gouttelettes d’huile des gaz chargés de carburant imbrûlé, c’est-à-dire déshuiler les gaz, avant réintroduction à l’admission du moteur. En effet, la réintroduction telle quelle des gaz entraînerait une pollution des chambres de combustion, ainsi qu’une consommation d’huile importante par le moteur. De plus, l’huile tendrait à rendre incomplète la combustion du mélange dans les chambres de combustion et à créer plus de rejets de polluants. Par ailleurs, il est interdit de rejeter dans l’atmosphère extérieure des gaz de carter chargés d’hydrocarbures imbrûlés, ce qui impose de les recycler à l’admission du moteur. Pour réaliser cela, on connaît de l’état de la technique un grand nombre de dispositifs de déshuilage des gaz de carter inférieur, dits gaz de « blow-by », et de réintroduction de ces gaz chargés de carburant à l’admission du moteur, où ils participent à la richesse du mélange air-carburant. L’état de l’art est constitué notamment par des dispositifs à décantation disposés à l’extérieur du moteur pour traiter les gaz de combustion en séparant l’huile des gaz. Cependant, plus particulièrement sur les moteurs à combustion interne à allumage commandé fonctionnant à l’hydrogène, les gaz de « blow-by » recirculant dans le carter inférieur du moteur à travers la segmentation sont chargés en hydrogène n’ayant pas été brulé dans la chambre de combustion à une concentration d’hydrogène pouvant dépasser le seuil d’inflammabilité de 4%. Contrairement aux carburants classiques (essence, alcool, ...) où la concentration des gaz en carburant ne pose pas particulièrement de risque d’inflammation, dans le cas de l’hydrogène, il devient nécessaire d’en abaisser la concentration. Pour réaliser cela, il est connu de diluer les gaz avec de l’air frais grâce à l’utilisation d’une pompe située sur le circuit de décantation du moteur, la pompe prélevant de l’air propre dans le circuit d’admission d’air du moteur en aval du filtre à air et l’envoyant dans le carter inférieur du moteur pour y diluer les gaz. Sur les figures FIG. 1 et FIG. 2 représentant l’état de la technique pour un moteur à combustion interne à hydrogène, on a représenté un moteur à trois cylindres en ligne référencé 1, suralimenté par un turbocompresseur référencé 2. Sur la figure FIG. 2 , le moteur 1 comprend des cylindres 1a et un carter inférieur 1b et est associé à un circuit d’admission d’air référencé 3 et à un circuit d’échappement des gaz brûlés référencé 4. Le circuit d’admission 3 comprend successivement un filtre à air 3a, un capteur de concentration d’hydrogène 3b, le compresseur 2a d’un turbocompresseur 2, une vanne d’admission d’air (ou boitier papillon) référencée 3c et un répartiteur (ou collecteur d’admission) référencé 3d. Le circuit d’échappement 4 comprend successivement un collecteur d’échappement 4a et la turbine 2b du turbocompresseur 2 montée sur un arbre commun au compresseur 2a et une mise à l’air libre. Selon les modes de réalisation, la ligne d’échappement comprend éventuellement des dispositifs de dépollution non représentés. Le circuit de recyclage des gaz de carter inférieur, dit circuit de « blow-by » comprend une pompe active référencée 5a dirigeant des gaz provenant d’au moins une cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur, dite cheminée de « blow-by » provenant du carter inférieur 1b vers un déshuileur 5b. Sur la figure FIG. 2 illustrant une vue en coupe du moteur à combustion interne 1, une cheminée 5d relie le carter inférieur 1b du moteur avec un carter intermédiaire 3e en amont de la pompe 5a. Le moteur à combustion interne 1 est muni d’un circuit de retour d’huile 7 permettant à l’huile décantée dans le déshuileur 5b de rejoindre la nappe d’huile. Un tel circuit est illustré sur la figure FIG. 1 et la figure FIG. 2 . Le déshuileur 5b est connecté en sortie par une conduite 5c de gaz propres, composés de gaz brulés et d’hydrogène, sans huile, piquée sur le circuit d’admission d’air 3 en aval du filtre à air 3a. Une ligne de ventilation 8 du carter inférieur 1b (« scavenging line » en langue anglaise) amène de l’air frais dans le carter inférieur 1b, aspiré par la pompe 5a. La ligne de ventilation 8 est piquée en aval du filtre à air 3a et en amont de la conduite 5c de gaz propres. Cependant, avec ce système, des essais ont conduit à observer une remontée trop importante d’huile chargée d’hydrogène dans les gaz de combustion (gaz de « blow-by ») depuis le carter inférieur 1b du moteur à travers les cheminées de « blow-by » pour être traitée dans le décanteur au moyen d’une pompe à air. Le problème technique de décantage des gaz de « blow-by » chargés d’huile dans un moteur à combustion interne alimenté en hydrogène demeure ainsi non résolu. Un autre problème technique est de minimiser la concentration d’hydrogène pour des raisons de sécurité. L’invention a pour objet un groupe motopropulseur comprenant un moteur à combustion interne, un circuit d’admission d’air, un circuit de recyclage des gaz d’un carter inférieur du moteur comprenant une pompe dirigeant des gaz provenant d’au moins une cheminée d’évacuation des gaz provenant du carter inférieur vers un déshuileur connecté en sortie à une conduite de gaz propres d’huile, piquée sur le circuit d’admission d’air, un circuit de retour d’huile permettant à l’huile décantée dans le déshuileur de rejoindre une nappe d’huile présente dans le carter inférieur du moteur à combustion interne situé sous les cylindres, et une ligne de ventilation piquée en amont de la conduite de gaz propres et amenant de l’air frais dans le carter inférieur, aspiré par la pompe. Le groupe motopropulseur comprend un dispositif à lames en sortie de la cheminée d’évacuation des gaz du carter inférieur et en amont de la pompe, le dispositif à lames comprenant au moins deux persiennes disposées de sorte que l’huile comprise dans les gaz de carter inférieur se condense au moins partiellement sur leur surface, et s’écoule dans la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur jusqu’au moteur à combustion interne. Le dispositif à lames peut comprendre une base sur laquelle sont fixées au moins deux persiennes par une première extrémité proximale. La base peut être munie de touches bombées, une touche bombée supérieure étant fixée sur une deuxième extrémité distale des persiennes, les touches bombées et la touche bombée supérieure permettant la mise en position du dispositif à lames dans la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur. Au moins une partie des persiennes peut se prolonger par une lame formant une inclinaison par rapport à la base différente de l’inclinaison des persiennes par rapport à la base. La base peut être munie de touches bombées, toutes les lames étant connectées deux à deux par l’intermédiaire d’un pion, la lame la plus éloignée de la base supportant alors une touche bombée supérieure, les touches bombées et la touche bombée supérieure permettant la mise en position du dispositif à lames dans la cheminée d’évacuation des gaz inférieur. Le moteur à combustion interne peut fonctionner au moins partiellement au dihydrogène. La ligne d’échappement peut comprendre au moins un dispositif de dépollution. Le dispositif à lames présente l’avantage d’un coût particulièrement réduit, notamment au vu de l’avantage généré, et est applicable à tous les moteurs à combustion interne. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure FIG. 1 illustre les principaux éléments d’un moteur à combustion interne à allumage commandé alimenté en hydrogène et muni d’un circuit de « blow-by » comprenant un décanteur d’huile, - la figure FIG. 2 est une vue en coupe d’un moteur à combustion interne alimenté en hydrogène et muni d’un circuit de recyclage des gaz d’un carter inférieur du moteur comprenant un décanteur d’huile, - la figure FIG. 3 est une vue en coupe d’un moteur à combustion interne alimenté en hydrogène et muni d’un circuit de recyclage des gaz de carter inférieur comprenant un décanteur d’huile et un dispositif à lames selon l’invention, - la figure FIG. 4 illustre la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur et le placement d’un dispositif à lames selon l’invention, - la figure FIG. 5 illustre les principaux éléments d’un dispositif à lames selon un premier mode de réalisation, et - la figure FIG. 6 illustre les principaux éléments d’un dispositif à lames selon un deuxième mode de réalisation. Description détaillée Le moteur à combustion interne selon l’invention comprend un dispositif à lames sur lequel les gaz de combustion chargés d’huile viennent impacter afin d’en réduire la vitesse et favoriser la condensation de l’huile, revenant dans le carter inférieur 1b sous forme de gouttelettes ruisselant dans les cheminées. On réalise ainsi une première séparation de l’huile des gaz de combustion. Les gaz continuent alors leur parcours pour être traités par la décantation de manière classique. Le moteur à combustion interne selon l’invention comprend un dispositif à lames 5e disposé entre la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur, dite cheminée de « blow-by » 5d, et la pompe 5a. La figure FIG. 4 illustre le placement de ce dispositif à lames 5e. Le dispositif à lames 5e a pour effet de condenser l’huile comprise dans les gaz de carter inférieur, dit gaz de « blow-by », chargés d’hydrogène remontant du carter inférieur 1b du moteur avant leur arrivée dans la pompe 5a et le décanteur à huile 5b. L’huile ainsi condensée retombe par ruissellement dans le carter inférieur 1b du moteur le long de la cheminée de « blow-by » 5d. Les gaz ainsi pré-décantés voient leur quantité d’huile réduite avant leur admission dans la pompe 5a et le décanteur à huile 5b. La molécule d’H 2 étant très petite, elle s’insère aussi dans l’huile. Ainsi, le fait de se séparer d’une certaine quantité d’huile permet de minimiser à l’amont de la pompe la quantité d’huile à traiter par la décantation principale. Un premier mode de réalisation du dispositif à lames 5e est illustré par la figure FIG. 5 . Le dispositif à lames 5e comprend une base 10 munie de touches bombées 11 de sorte à être disposé dans la cheminée de « blow-by » 5d. Au moins deux persiennes 12 sont fixées à la base par une première extrémité proximale. L’autre extrémité distale des persiennes 12 est fixée à une touche bombée supérieure 11a permettant la mise en position dans la cheminée de « blow-by ». Un deuxième mode de réalisation du dispositif à lames 5e est illustré par la figure FIG. 6 . Comme dans le premier mode de réalisation, le dispositif à lames 5e comprend une base 10 munie de touches bombées 11 de sorte à être disposé dans la cheminée de « blow-by » 5d. Au moins deux persiennes 12 sont fixées sur la base 10 par une première extrémité proximale. Toutefois, dans ce deuxième mode de réalisation, au moins une des persiennes 12 se prolonge par une lame 12a. Les lames 12a ont la particularité de former une inclinaison par rapport à la base 10 différente de l’inclinaison des persiennes 12 par rapport à la base 10. Cette différence d’inclinaison permet de ralentir encore plus les gaz et de créer éventuellement des turbulences, favorisant ainsi la condensation de l’huile en augmentant la durée de contact des gaz avec les persiennes et les lames. Dans ce mode de réalisation, toutes les lames 12a sont connectées deux à deux par l’intermédiaire d’un pion 12b, la lame 12a la plus éloignée de la base supportant alors une touche bombée supérieure 11a permettant la mise en position dans la cheminée de « blow-by ». Le dispositif à lames 5e permet de réduire la quantité d’huile dans les gaz admis dans la pompe 5a de sorte à diminuer l’endommagement de celle-ci ainsi que les risques de feu. En réduisant la quantité d’huile à traiter, on minimise la concentration d’H 2 , qui doit être contenue sous la limite de 4%. En effet, cette limite est une limite d’inflammabilité, au-delà de cette valeur un risque de détonation existe. Groupe motopropulseur comprenant un moteur à combustion interne (1), un circuit d’admission d’air (3), un circuit de recyclage des gaz d’un carter inférieur du moteur (5) comprenant une pompe (5a) dirigeant des gaz provenant d’au moins une cheminée (5d) d’évacuation des gaz de carter inférieur (1b) vers un déshuileur (5b) connecté en sortie à une conduite (5c) de gaz propres d’huile, piquée sur le circuit d’admission d’air (3), un circuit de retour d’huile (7) permettant à l’huile décantée dans le déshuileur (5b) de rejoindre une nappe d’huile présente dans le carter inférieur (1b) du moteur à combustion interne (1) situé sous les cylindres (1a), et une ligne de ventilation (8) piquée en amont de la conduite (5c) de gaz propres et amenant de l’air frais dans le carter inférieur (1b), aspiré par la pompe (5a), le groupe motopropulseur étant caractérisé par le fait qu’il comprend un dispositif à lames (5e) en sortie de la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur (5d) et en amont de la pompe (5a), le dispositif à lames (5e) comprenant au moins deux persiennes (12) disposées de sorte que l’huile comprise dans les gaz de carter inférieur se condense au moins partiellement sur leur surface et s’écoule dans la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur (5d) jusqu’au moteur à combustion interne (1). Groupe motopropulseur selon la revendication 1, dans lequel le dispositif à lames (5e) comprend une base (10) sur laquelle sont fixées au moins deux persiennes (12) par une première extrémité proximale. Groupe motopropulseur selon la revendication 2, dans lequel la base est munie de touches bombées (11), une touche bombée supérieure (11a) étant fixée sur une deuxième extrémité distale des persiennes (12), les touches bombées (11) et la touche bombée supérieure (11a) permettant la mise en position du dispositif à lames (5e) dans la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur (5d). Groupe motopropulseur selon la revendication 2, dans lequel au moins une partie des persiennes (11) se prolonge par une lame (12a) formant une inclinaison par rapport à la base (10) différente de l’inclinaison des persiennes (12) par rapport à la base (10). Groupe motopropulseur selon la revendication 4, dans lequel la base est munie de touches bombées (11), toutes les lames (12a) étant connectées deux à deux par l’intermédiaire d’un pion (12b), la lame (12a) la plus éloignée de la base supportant alors une touche bombée supérieure (11a), les touches bombées (11) et la touche bombée supérieure (11a) permettant la mise en position du dispositif à lames (5e) dans la cheminée d’évacuation des gaz de carter inférieur (5d). Groupe motopropulseur selon l’une quelconque des revendication 1 à 5, dans lequel le moteur à combustion interne fonctionne au moins partiellement au dihydrogène. Groupe motopropulseur selon l’une quelconque des revendication 1 à 6, dans lequel la ligne d’échappement comprend au moins un dispositif de dépollution.