FR2966523A1

FR2966523A1 - Dispositif de rechauffage de l'air injectee dans un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2966523A1
Application number: FR1058700A
Authority: FR
Inventors: Philippe Merckx
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2012-04-27
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: FR2966523B1

Abstract

Agencement d'un moteur à combustion interne comportant • un système d'admission avec des moyens (3) pour comprimer les gaz admis dans le moteur et les conduire par une canalisation (7) d'amenée d'air suralimenté à un dispositif de refroidissement (6) de l'air suralimenté, et • un système de traitement des gaz de carter comportant un dispositif séparateur d'huile (10), et un passage (11) pour les gaz de carter reliant le séparateur d'huile au système d'admission du moteur, caractérisé par des moyens (12) associant par conduction thermique la canalisation d'air suralimenté (7) et le passage (11) pour les gaz de carter.

Description

i

DISPOSITIF DE RECHAUFFAGE DE L'AIR INJECTEE DANS UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001] La présente invention concerne un dispositif de réchauffage de l'air injectée dans un répartiteur d'un moteur à combustion interne. [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'industrie automobile. s [0003] Dans un moteur à combustion interne, chaque chambre de combustion est délimitée par une culasse et un piston dont le mouvement alternatif est transmis par des bielles à un vilebrequin. Selon les temps du cycle de combustion, des gaz sont admis dans la chambre de combustion par des soupapes d'admission ou évacués par des soupapes d'échappement, l'étanchéité au niveau du piston étant io assurée par des segments. Toutefois, de façon inhérente à la conception d'un moteur à combustion, ces segments ne sont jamais totalement étanches, quel que soit l'état d'usure des segments, et des fuites se produisent en direction du bas moteur. Ces gaz de fuite sont désignés par l'appellation gaz de carter ou encore par gaz de blow-by en reprenant la terminologie anglo-saxonne. ls [0004] Ces gaz de carter sont composés pour l'essentiel de gaz d'échappement et d'huile de lubrification, et comportent donc notamment de la vapeur d'eau et de l'huile. Pour respecter les normes anti-pollution, ces gaz de carter ne peuvent pas être rejetés directement mais sont traités dans un décanteur d'huile qui sépare l'huile des gaz pour la renvoyer dans le circuit de lubrification. Les gaz décantés 20 sont eux réintroduits à l'admission du moteur pour être à nouveau brûlés dans la chambre de combustion et soumis à un traitement de dépollution dans la ligne d'échappement. [0005] Même après l'opération de décantation, les gaz de carter restent au moins partiellement chargés en huile. Par ailleurs, étant essentiellement de la 25 même nature que les gaz d'échappement, ces gaz de carter contiennent par essence une quantité très importante de vapeur d'eau, la réaction de combustion du carburant dans l'air produisant principalement du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. C'est donc ce mélange comportant une grande quantité de vapeur d'eau et d'huile qui doit être acheminé vers l'admission du moteur. [0006] Or, pour cette réadmission, il est nécessaire de faire passer les gaz de carter par des tuyaux qui relient le décanteur d'huile à une chambre de répartition s des gaz à réinjecter à l'admission. Ces tuyaux sont emmanchés sur des embouts de fixation et maintenus par des colliers de serrage. Du fait de leur position hors du bloc moteur, ces tuyaux ne sont que partiellement réchauffés durant le fonctionnement du moteur. Par conséquent par grand froid, le gaz de carter traversant les tuyaux peut se condenser et alors givrer, formant un glaçon qui io obstrue l'écoulement. La situation est potentiellement d'autant plus critique que comme indiqué précédemment, ces gaz sont encore chargés en huile, de sorte que le bouchon formé est autant un bouchon de glace qu'un amalgame d'une émulsion eau/huile, qui peut être très difficile à éliminer une fois formé. [0007] Or, si l'écoulement des gaz décantés est interrompu, la pression des gaz ls dans le bas moteur augmente, au risque d'expulser certains joints et donc de créer des fuites d'huile, qui peuvent entrainer des incendies si l'huile se répand sur des parties chaudes du moteur, ou provoquer une casse moteur car certaines parties de celui-ci ne sont plus correctement lubrifiées. [0008] Pour y remédier, il est d'usage d'utiliser des dispositifs de chauffage 20 placés aux endroits critiques. En pratique, dans les pays dits grands froids, on ajoute autant de dispositifs de chauffage qu'il s'avère à l'expérience nécessaire pour éliminer amalgames et bouchons de glace. Il n'est pas rare de devoir équiper un véhicule d'une demi-douzaine de dispositifs de chauffage additionnels. [0009] La multiplication de ces équipements est coûteuse et complexifie la 25 conception des moteurs (packaging, faisceau électrique si on choisit un dispositif de chauffage électrique ou circuit de fluide caloporteur additionnel, installation de support pour ces équipements de chauffage, etc.). De plus, ils dégradent le rendement (puissance électrique ou thermique) et augmentent la masse du groupe motopropulseur, ce qui se traduit par une augmentation de la consommation de 30 carburant. Enfin, ces équipements présentent souvent nombre d'inconvénients liés aux problèmes d'ergonomie pour l'opérateur, de passage d'outils, et d'implantation. [0010] De plus, cette démarche conduit à équiper les véhicules de façon différente selon les zones géographiques de commercialisation, ce qui constitue un coût supplémentaire dû à cette diversité, et ne permet pas d'anticiper certaines conditions, notamment lorsque le véhicule est opéré en dehors de sa zone initiale s de commercialisation. Or, le circuit de ventilation d'un moteur thermique doit permettre de respecter une réglementation qui impose la mise en dépression des carters moteur quelques soient les conditions d'utilisation des clients. [0011] Une autre solution consiste à prévoir des conduits d'acheminement des gaz de carter passant dans la culasse (voir par exemple FR2819856) ou passant Io au travers du bloc cylindres, comme connu par exemple de US4501234, ou de FR2574855 qui présente un agencement pour le traitement de gaz de carter comportant un passage de gaz de fuite ménagé dans le bloc cylindre, un passage de séparation de vapeur d'huile ménagé dans le bloc cylindre et croisant ledit passage de gaz de fuite, et s'étendant au-delà du passage de gaz de fuite pour ls former une chambre relativement grande, un séparateur d'huile relié au passage de séparation de vapeur d'huile et disposé sur le bloc cylindre, et des moyens reliant le séparateur d'huile à un système d'admission pour amener le gaz de fuite à travers le passage de gaz de fuite, puis à travers le passage de séparation de vapeur d'huile, et ensuite à travers le séparateur d'huile jusqu'au système d'admission. 20 [0012] Ces configurations issues de moulage restent complexes à mettre en oeuvre du fait notamment du caractère labyrinthique du séparateur d'huile intégré au niveau du carter moteur. [0013] Compte tenu de ce qui précède, un problème que se propose de résoudre l'invention est de réaliser une architecture d'un moteur à combustion et de 25 son système de ventilation qui réponde aux normes de pollution, respecte les contraintes liées au processus de fabrication de la culasse et du carter cylindre, et qui minimise le nombre de pièces ou leur complexité par rapport aux mêmes besoins fonctionnels de sorte à limiter les coûts de production. [0014] La solution de l'invention à ce problème a pour premier objet un 30 agencement d'un moteur à combustion interne comportant un système d'admission avec des moyens pour comprimer les gaz admis dans le moteur et les conduire par une canalisation d'amenée d'air suralimenté à un dispositif de refroidissement de l'air suralimenté, et un système de traitement des gaz de carter comportant un dispositif séparateur d'huile, et un passage pour les gaz de carter reliant le séparateur d'huile au système d'admission du moteur, caractérisé par des moyens s associant par conduction thermique la canalisation d'air suralimenté et le passage pour les gaz de carter. [0015] Dans une variante, lesdits moyens associant par conduction thermique la canalisation d'air suralimenté et le passage pour les gaz de carter forment un guide support pour la canalisation d'air suralimenté. io [0016] Dans une variante, la canalisation d'air suralimenté a essentiellement une trajectoire en forme de U et est associée par conduction thermique au passage pour les gaz de carter essentiellement sur toute la longueur de la partie centrale du U. [0017] Dans une variante, les moyens associant par conduction thermique la ls canalisation d'air suralimenté et le passage pour les gaz de carter sont disposés dès la sortie du dispositif séparateur. [0018] Dans une variante, l'agencement comporte un carter de protection comportant un premier compartiment pour le logement de la canalisation d'air suralimenté et un second compartiment pour le logement du passage pour les gaz 20 de carter. [0019] Avantageusement, ce carter de protection intègre une portion de la canalisation d'air suralimenté, ce qui favorise encore les contacts thermiques entre ladite canalisation d'air et le passage pour les gaz de carter. [0020] Avantageusement, ledit carter de protection peut également servir à la 25 fixation du passage pour les gaz de carter. [0021] Dans une variante, le passage pour les gaz de carter débouche dans la ligne d'admission en amont des moyens pour comprimer les gaz d'admission. [0022] Dans une variante lesdits moyens pour comprimer les gaz d'admission sont constitués par un turbocompresseur. 2966523 s [0023] Dans une variante, les moyens associant par conduction thermique la canalisation d'air suralimenté et le passage pour les gaz de carter sont constitués par un bloc d'acier. On pourra également choisir un autre matériau bon conducteur thermique. s [0024] Ainsi, l'invention consiste à créer un échange thermique par conduction entre l'air chaud sortie compresseur du système de suralimentation moteur, avec le circuit de ventilation des gaz de carter en amont ou aval du turbo compresseur. L'échange thermique par conduction est créé par intégration partielle ou totale d'une partie des circuits de blow by amont et aval turbo, à la canalisation d'air sortie io compresseur ou par contact partiel au niveau de fixations. Cet échange thermique préserve le circuit de ventilation d'un risque d'obturation par formation de glace. [0025] D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description des modes de réalisation préférés qui suivent, non limitatifs de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, et qui ls sont rédigés au regard des dessins annexés, dans lesquels : - - 20 - - 25 [0026] La figure 1 est une vue de dessus d'un moteur avec un circuit d'admission selon l'invention, selon un des modes de réalisation plus spécialement détaillés aux figures 2 à 5. la figure 2 est une vue schéma illustrant le principe d'un agencement du circuit d'admission d'un moteur selon l'invention, la figure 3 est une vue de l'agencement de la figure 2, en supposant une coupe juste en sortie de la turbine, les figures 4 et 5 sont deux vues analogues aux figures 2 et 3, avec un agencement optimisé de l'ensemble du passage pour les gaz de carter et de la canalisation d'air suralimenté. La figure 1 est une vue de dessus d'un moteur avec de chaque côté d'une culasse 100 un répartiteur d'admission 101 et un répartiteur d'échappement 102. Le circuit d'admission en gaz frais comporte notamment une canalisation dite basse pression 103, et une zone dite haute pression 104, en aval du compresseur associé à un turbocompresseur 105 et d'un dispositif de refroidissement des gaz suralimentés 106. Des moyens de type boitier papillon 107 sont prévus pour limiter la quantité de gaz à l'admission. Les gaz de carter sont réintroduits à l'admission par une canalisation 108 débouchant dans la canalisation basse pression 103, s après avoir traversé une zone 109 en sortie d'un deshuileur 110. Confom2ment à l'invention, des échanges thermiques sont permis entre las gaz de carter dans la canalisation 108 et les gaz d'admission échauffés par le turbocompresseur. [0027] Aux figures 2 et 3, on a représenté les éléments de base d'un circuit d'admission d'un moteur à combustion interne non figuré pour plus de clarté. io Dans ce circuit, on retrouve un filtre à air 1 débouchant dans une ligne d'admission 2 menant à un compresseur 3. Dans le cas ici illustré, ce compresseur 3 fait partie d'un turbocompresseur dont la turbine 4 est énergisée par les gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont amenés à la turbine 4 depuis les chambres de combustion du moteur par un collecteur d'échappement. En aval de cette turbine, la ls ligne d'échappement comporte une série d'éléments de dépollution à l'exemple d'un catalyseur 5. [0028] Lors de leur passage au travers du compresseur 3, les gaz d'admission sont fortement échauffés. Comme les performances d'un moteur à combustion sont supérieures lorsque les gaz d'admission sont froids, on utilise typiquement en aval 20 du compresseur 3 un refroidisseur 6 d'air suralimenté, ou RAS. Suite au passage au travers du RAS les gaz d'admission sont dirigés vers un collecteur d'admission pour être admis dans les cylindres par des soupapes d'admission. [0029] Pour acheminer les gaz suralimenté à ce refroidisseur 6, on utilise une canalisation 7. De façon à contourner le turbocompresseur, cette canalisation 7 a 25 essentiellement une forme de U, avec un premier raccord 8 en sortie du compresseur, une portion droite 9 et un second raccord 9 pour le raccordement à l'entrée du RAS. [0030] Par ailleurs, le circuit d'admission comporte également des moyens pour recycler les gaz de carter. Ces gaz de carter sont récupérés dans le bas moteur par 30 une cheminée pour être débarrasser de la plus grande partie de leur fraction huileuse dans un déshuileur 10. En sortie de déshuileur 10, un passage 11, par exemple formé par un tuyau en matière plastique, permet de les réintroduire dans la ligne d'admission où ils sont mélangés avec les gaz frais pour être à nouveau brûlés. [0031] Conformément à l'invention, ce passage 11 longe la canalisation 7. s Passage 11 et canalisation 7 sont placés en contact thermique par conduction au moyen d'une plaque conductrice 12 qui permet un maximum d'échange de chaleur entre les deux conduits, et donc de réchauffer les gaz de carter au moyen des gaz suralimentés non encore refroidis par leur passage à travers le RAS. [0032] La plaque 12 est par exemple fixée en porte-à-faux sur le déshuileur 10, io lui-même fixé sur la culasse du moteur. Dans cette variante, il est avantageux de prévoir des fixations afin de maintenir la canalisation 7 et le passage 11 en contact avec la plaque 12 pour mieux favoriser les échanges thermiques par conduction. [0033] Cette disposition permet donc d'assurer le réchauffage des gaz de carter à un coût énergétique nul (d'autant que les gaz suralimentés doivent de toute façon ls être refroidis), pratiquement sans le moindre équipement supplémentaire, donc sans encombrer l'espace et gêner les opérations de montage ou d'entretien du moteur. [0034] Une variante de l'invention plus particulièrement préférée est illustrée à l'aide des figures 4 et 5 pour lesquelles on a repris les mêmes numéros de 20 référence que pour les figures précédentes et qu'il est donc inutile de commenter spécifiquement. [0035] Dans cette variante le contact thermique par conduction est assuré non seulement par des éventuelles fixations mais surtout par un carter 13, muni de deux compartiments longitudinaux, l'un pour le passage des gaz de carter l'autre pour la 25 canalisation 7. Dans une variante tout particulièrement préférée, comme illustré figure 4, ce carter est en métal et intègre la canalisation 7. Dans ces conditions, le contact thermique se fait à la fois par la plaque 12 et par le carter 13.

Claims

REVENDICATIONS1. Agencement d'un moteur à combustion interne comportant - un système d'admission avec des moyens (3) pour comprimer les gaz admis s dans le moteur et les conduire par une canalisation (7) d'amenée d'air suralimenté à un dispositif de refroidissement (6) de l'air suralimenté, et - un système de traitement des gaz de carter comportant un dispositif séparateur d'huile (10), et un passage (11) pour les gaz de carter reliant le séparateur d'huile au système d'admission du moteur, io caractérisé par des moyens (12) associant par conduction thermique la canalisation d'air suralimenté (7) et le passage (11) pour les gaz de carter.
2. Agencement selon la revendication 1, selon lequel lesdits moyens (12) associant par conduction thermique la canalisation d'air suralimenté (7) et le passage pour les ls gaz de carter forment un guide support pour la canalisation d'air suralimenté.
3. Agencement selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la canalisation d'air suralimenté (7) a essentiellement une trajectoire en forme de U et est associée par conduction thermique au passage pour les gaz de carter 20 essentiellement sur toute la longueur de la partie centrale du U.
4. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens associant par conduction thermique la canalisation d'air suralimenté (7) et le passage (11) pour les gaz de carter sont disposés dès la sortie du dispositif 25 séparateur (10).
5. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un carter de protection (13) comportant un premiercompartiment pour le logement de la canalisation d'air suralimenté et un second compartiment pour le logement du passage pour les gaz de carter.
6. Agencement selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit carter de s protection (13) intègre la canalisation d'air suralimenté.
7. Agencement selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel ledit carter sert à la fixation du passage pour les gaz de carter. Io
8. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens associant par conduction thermique la canalisation d'air suralimenté et le passage pour les gaz de carter sont constitués par un bloc d'acier.
9. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ls en ce que le passage pour les gaz de carter débouche dans la ligne d'admission en amont des moyens pour comprimer les gaz d'admission.
10. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens pour comprimer les gaz d'admission sont 20 constitués par un turbocompresseur.