EP1965044A2 - Moteur a combustion interne dote d'un dispositif de ventilation - Google Patents

Moteur a combustion interne dote d'un dispositif de ventilation Download PDF

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EP1965044A2
EP1965044A2 EP08151402A EP08151402A EP1965044A2 EP 1965044 A2 EP1965044 A2 EP 1965044A2 EP 08151402 A EP08151402 A EP 08151402A EP 08151402 A EP08151402 A EP 08151402A EP 1965044 A2 EP1965044 A2 EP 1965044A2
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EP
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oil
separator
internal combustion
combustion engine
cylinder head
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EP08151402A
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EP1965044A3 (fr
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Renaud Dufour
Serge Pires
Sandrine Deplat
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/04—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil
    • F01M13/0416—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil arranged in valve-covers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M13/02—Crankcase ventilating or breathing by means of additional source of positive or negative pressure
    • F01M13/028—Crankcase ventilating or breathing by means of additional source of positive or negative pressure of positive pressure

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, for example a vehicle automobile and more particularly an internal combustion engine with a ventilation device.
  • Most internal combustion engines generally include a ventilation device whose role is to collect and separate the mixture formed by blow-by gas loaded into oil droplets, before returning the blow-by gases to the air intake circuit and reroute the oil to the oil pan or cylinder head.
  • the oil-filled blow-by gases are essentially the result of leaks in the piston rings, the turbocharger and the valve stem seals. Also, before readmitting the blow-by gases into the air intake circuit, it is necessary to separate them from the lubricating oil, so that the oil does not pollute the air intake system. and consequently the combustion chambers.
  • the ventilation device comprises, in a known manner, an oil separator integrated in the cylinder head cover, openings for conveying the blow-by gases from the cylinder block and from the cylinder head to the oil separator and a conduit for returning the oil from the separator into the tank. oil.
  • the oil separator consists of a volume in which means have been arranged for retaining the oil droplets and allowing the blow-by gases to pass so that the latter reach the intake circuit.
  • the ventilation devices of the prior art have a major drawback.
  • the subject of the invention is an internal combustion engine comprising a cylinder block disposed between a cylinder head and an oil tank, and comprising a ventilation device comprising an oil separator, a chimney conveying the blow-by gases from the cylinder block into the oil separator, an oil return line directly connecting the oil separator to the bottom of the oil tank, characterized in that the oil separator and the breech do not communicate with each other.
  • the face opposite to the face of the cylinder head in contact with the cylinder block is closed by a cover.
  • the cylinder head is disposed between the cylinder block and the oil separator.
  • the cover is the base of the oil separator.
  • the chimney is integrated in the foundry block engine.
  • the return duct is integrated with the foundry in the engine block.
  • the cylinder head is supplied with air by a pump.
  • the cylinder block is supplied with air by a pump.
  • the separator is provided with baffles.
  • the separator is provided with cyclones.
  • the separator is provided with filter media.
  • the engine is an inline engine.
  • the figure 1 represents an internal combustion engine 1 with cylinders in a conventional line of a motor vehicle comprising an in-line cylinder block 3 disposed between a cylinder head 5 and an oil tank 2.
  • the cylinder block 3 and the cylinder head 5 are foundry parts.
  • Said engine 1 is provided with a ventilation device consisting of an oil separator 6 arranged against the face opposite to the face of the cylinder head 5 in contact with the cylinder block 3, a chimney 7 for conveying directly blow-by gases from the cylinder block 3 to the oil separator 6, and a return pipe 8 for bringing the oil from the oil separator 6 to the bottom of the tank 2.
  • the return duct 8 is integrated foundry in the cylinder block 3 and in the In the same way, the chimney 7 connecting the cylinder block 3 to the oil separator 6 is also integrated in the casing 3 and in the cylinder head 5.
  • a pump 4 delivers air into the cylinder head 5, so as to increase the pressure in said cylinder head.
  • the oil 10 from the lubrication circuit of the distribution housed in the cylinder head (and not shown in FIGS. Figures 1 and 2 ) is driven into the casing 3 and into the oil tank 2.
  • the reduction in the volume of oil present in the cylinder head 5 in favor of the increase in the volume of oil present in the tank 2 contributes to counter the risks of evacuation in said tank.
  • blow-by gases 11 are conveyed, at a pressure close to the pressure imposed by the pump 4 in the casing 3, through the chimney 7 to the inlet of the oil separator 6.
  • the gas mixture 11 The oil 11 then passes through the separator 6.
  • the pump 4 is a vacuum pump already existing on the vehicle, such as for example the vacuum pump of the braking circuit or the exhaust gas recirculation circuit, or even the turbocharger.
  • the base of the separator 6 thus, the oil from the lubrication circuit of the distribution can not access the separator 6.
  • the base of the separator makes it possible to isolate the interior of the cylinder head 5, thus maximizing the pressurization of the cylinder head 5 by the pump 4.
  • the separation of the stack 7 with the oil return 8 generates significant pressure drops in the separator 6, and therefore allows other techniques to be used to separate the gases from the oil.
  • the optimization of the separator therefore makes it possible to reduce the oil consumption and to limit the pollution of the air intake line.
  • the figure 2 represents another embodiment according to the invention.
  • the oil separator 6 is offset on a lateral face of the block of the engine 1 and fixed on the cylinder casing 3.
  • a cover 9 ' closes the upper face of the cylinder head 5.
  • a pump 4 discharges directly in the cylinder block 3.
  • the return duct 8 allowing the return of the oil in the tank 2 is external to the block of the engine 1.
  • the lid 9 ' makes it easier to pressurize the cylinder block 3. In this way, the blow-by gases present in the casing 3 are driven via the chimney 7 to the separator 6.
  • the invention can also be implemented with V-motors.
  • the invention will be implemented for each of the two rows of cylinders with which are associated a cylinder head and an oil separator.

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Abstract

L'invention concerne un moteur à combustion interne (1) comportant un carter de cylindres (3) disposé entre une culasse (5) et un bac à huile (2), et comportant un dispositif de ventilation comprenant un séparateur d'huile (6), une cheminée (7) acheminant les gaz de blow-by depuis le carter de cylindres (3) jusque dans le séparateur d'huile (6), un conduit de retour d'huile (8) reliant directement le séparateur d'huile (6) au fond du bac à huile (2), caractérisé en ce que le séparateur d'huile (6) et la culasse (5) ne communiquent pas l'un par rapport à l'autre.

Description

  • L'invention a pour objet un moteur à combustion interne, de véhicule par exemple automobile et plus particulièrement un moteur à combustion interne doté d'un dispositif de ventilation.
  • La plupart des moteur à combustion interne comportent généralement un dispositif de ventilation dont le rôle est de collecter et de séparer le mélange constitué par les gaz de blow-by chargés en gouttelettes d'huile, avant de renvoyer les gaz de blow-by vers le circuit d'admission d'air et de réacheminer l'huile vers le bac à huile ou la culasse. Les gaz de blow-by chargés en huile sont issus essentiellement de défauts d'étanchéité existant au niveau des segments de pistons, du turbocompresseur et des joints de queues de soupapes. Aussi, avant de réadmettre les gaz de blow-by dans le circuit d'admission d'air, il est nécessaire de les séparer de l'huile de lubrification, afin que l'huile ne pollue pas le circuit d'admission d'air et par voie de conséquence les chambres de combustion.
  • Il est connu de l'art antérieur, comme présentés dans le document US5975065 , des dispositifs de ventilation de moteur intégrés au moteur, ledit moteur comprenant de manière classique un carter cylindre disposé entre un bac à huile et une culasse fermée par un couvercle de culasse. Le dispositif de ventilation comprend de manière connue un séparateur d'huile intégré au couvercle de culasse, des ouvertures permettant d'acheminer les gaz de blow-by depuis le carter de cylindres et depuis la culasse jusqu'au séparateur d'huile et un conduit permettant de retourner l'huile issue du séparateur dans le bac à huile. Le séparateur d'huile consiste en un volume dans lequel ont été disposé des moyens destinés à retenir les gouttelettes d'huile et à laisser passer les gaz de blow-by de manière à ce que ces derniers rejoignent le circuit d'admission. Toutefois, les dispositifs de ventilation de l'art antérieur présentent un inconvénient majeur.
  • En effet, lors de variations de régime importantes, une partie de l'huile contenue dans la culasse, gicle par à-coup en entrée du séparateur d'huile. De ce fait, le séparateur d'huile s'engorge et n'assure que partiellement sa fonction, à savoir la séparation des gaz de l'huile. Ainsi, premièrement le retour de l'huile dans le bac à huile n'est plus assuré selon un débit suffisant de sorte que le bac à huile est peu rempli, d'où les risques de déjaugeage. Deuxièmement, les gaz de blow-by réintroduits dans le circuit d'admission d'air restent partiellement chargés en gouttelettes d'huile, générant ainsi un risque de pollution du circuit d'admission d'air et par voie de conséquence, des chambres de combustion.
  • C'est pourquoi, notre invention a pour but d'éviter que le séparateur d'huile ne s'engorge.
  • Plus précisément, l'invention a pour objet moteur à combustion interne comportant un carter de cylindres disposé entre une culasse et un bac à huile, et comportant un dispositif de ventilation comprenant un séparateur d'huile, une cheminée acheminant les gaz de blow-by depuis le carter de cylindres jusque dans le séparateur d'huile, un conduit de retour d'huile reliant directement le séparateur d'huile au fond du bac à huile, caractérisé en ce que le séparateur d'huile et la culasse ne communiquent pas l'un par rapport à l'autre.
  • Selon certaines caractéristiques, la face opposée à la face de la culasse en contact avec le carter de cylindres est obturée par un couvercle.
  • Selon d'autres caractéristiques, la culasse est disposée entre le carter de cylindres et le séparateur d'huile.
  • Selon d'autres caractéristiques, le couvercle est le socle du séparateur d'huile.
  • Selon d'autres caractéristiques, la cheminée est intégrée de fonderie dans le bloc du moteur.
  • Selon d'autres caractéristiques, le conduit de retour est intégré de fonderie dans le bloc du moteur.
  • Selon d'autres caractéristiques, la culasse est alimentée en air par une pompe.
  • Selon d'autres caractéristiques, le carter de cylindres est alimenté en air par une pompe.
  • Selon d'autres caractéristiques, le séparateur est pourvu de chicanes.
  • Selon d'autres caractéristiques, le séparateur est pourvu de cyclones.
  • Selon d'autres caractéristiques, le séparateur est pourvu de média filtrant.
  • Selon d'autres caractéristiques, le moteur est un moteur à cylindres en ligne.
  • D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après effectuée, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures dans lesquelles :
    • La figure 1 représente une vue d'ensemble schématique de l'invention selon un premier mode de réalisation.
    • La figure 2 représente une vue d'ensemble schématique de l'invention selon un second mode de réalisation.
  • La figure 1 représente un moteur 1 à combustion interne à cylindres en ligne classique de véhicule automobile comportant un carter de cylindres en ligne 3 disposé entre une culasse 5 et un bac à huile 2. De manière connue, le carter de cylindres 3 et la culasse 5 sont des pièces de fonderie. Ledit moteur 1 est doté d'un dispositif de ventilation constitué d'un séparateur d'huile 6 disposé contre la face opposée à la face de la culasse 5 en contact avec le carter de cylindres 3, d'une cheminée 7 permettant d'acheminer directement les gaz de blow-by depuis le carter de cylindres 3 jusqu'au séparateur d'huile 6, et d'un conduit de retour 8 permettant d'amener l'huile depuis le séparateur d'huile 6 jusqu'au fond du bac à huile 2. L'une des extrémités du conduit de retour 8 est raccordée à la sortie du séparateur d'huile 6 et l'autre extrémité est maintenue au fond du bac à huile 2 de manière à rester immergée sous la nappe d'huile du bac à huile 2. Par effet siphon, l'huile s'écoule en continu depuis le séparateur 6 dans le bac 2. De manière à simplifier la fabrication du moteur en limitant le nombre d'étapes et en particulier celles de manutention, le conduit de retour 8 est intégré de fonderie dans le carter de cylindres 3 et dans la culasse 5. De même, la cheminée 7 reliant le carter de cylindres 3 au séparateur d'huile 6 est également intégrée de fonderie dans le carter de cylindres 3 et dans la culasse 5.
  • Avantageusement une pompe 4 débite de l'air dans la culasse 5, de manière à augmenter la pression dans ladite culasse. De ce fait, l'huile 10 issue du circuit de lubrification de la distribution logée dans la culasse (et non représentée sur les figures 1 et 2) est chassée dans le carter 3 puis dans le bac à huile 2. De ce fait, la réduction du volume d'huile présent dans la culasse 5 au profit de l'augmentation du volume d'huile présent dans le bac 2, contribue à contrer les risques de déjaugeage dans ledit bac.
  • Les gaz de blow-by 11 sont acheminés, à une pression voisine de la pression imposée par la pompe 4 dans le carter 3, au travers de la cheminée 7 jusqu'à l'entrée du séparateur d'huile 6. Le mélange gaz 11 / huile 10 traverse ensuite le séparateur 6. Les gaz 11, une fois séparés de l'huile 10, rejoignent le circuit d'admission d'air 12 et l'huile repart dans le bac 2 via le conduit de retour 8.
  • Avantageusement, la pompe 4 est une pompe à vide déjà existante sur le véhicule, comme par exemple la pompe à vide du circuit de freinage ou bien du circuit de recirculation des gaz d'échappement, ou bien encore du turbocompresseur.
  • Conformément à l'invention, le socle du séparateur 6 recouvre hermétiquement la culasse 5. De ce fait, l'huile issue du circuit de lubrification de la distribution ne peut pas accéder au séparateur 6. De plus, le socle du séparateur permet d'isoler l'intérieur de la culasse 5, maximisant ainsi la mise en pression de la culasse 5 par la pompe 4.
  • La séparation de la cheminée 7 avec le retour d'huile 8 génère des pertes de charge importantes dans le séparateur 6, et par conséquent permet d'employer d'autres techniques pour séparer les gaz de l'huile. Ainsi, il devient possible de remplacer les traditionnelles chicanes, disposées dans le séparateur, par des média filtrant ou bien par des moyens produisant un effet centrifuge du type cyclones, qui s'avèrent plus performants. L'optimisation du séparateur permet par conséquent de diminuer la consommation en huile et de limiter la pollution de la ligne d'admission d'air.
  • La figure 2 représente un autre mode de réalisation conforme à l'invention. Par souci de clarté et de concision, les références relatives aux figures 1 et 2 se rapportent aux mêmes composants. Suivant ce mode de réalisation, le séparateur d'huile 6 est déporté sur une face latérale du bloc du moteur 1 et fixé sur le carter de cylindre 3. Un couvercle 9' ferme la face supérieure de la culasse 5. Une pompe 4 débite directement dans le carter de cylindres 3. Le conduit de retour 8 permettant le retour de l'huile dans le bac 2 est externe au bloc du moteur 1. Ainsi, l'huile issue du circuit de lubrification de la distribution redescend par gravité dans le carter 5. Le couvercle 9' permet de faciliter la mise en pression du carter cylindre 3. De cette façon, les gaz de blow-by présents dans le carter 3 sont chassés via la cheminée 7 vers le séparateur 6.
  • Cet autre mode de réalisation montre que l'invention n'est pas contraignante en termes d'architecture, dans la mesure où elle permet des implantations du dispositif de ventilation particulièrement variées.
  • De manière générale, même si l'invention s'applique tout particulièrement aux moteurs comportant quatre cylindres en ligne, qui généralement, comme dans les modes de réalisations précédemment exposés, ont un séparateur d'huile situé au niveau de la culasse, ladite invention peut également être mise en oeuvre avec des moteurs en V. Dans ce cas, l'invention sera mise en oeuvre pour chacune des deux rangées de cylindres auxquelles sont associées une culasse et un séparateur d'huile.

Claims (12)

  1. Moteur à combustion interne (1) comportant un carter de cylindres (3) disposé entre une culasse (5) et un bac à huile (2), et comportant un dispositif de ventilation comprenant un séparateur d'huile (6), une cheminée (7) acheminant les gaz de blow-by depuis le carter de cylindres (3) jusque dans le séparateur d'huile (6), un conduit de retour d'huile (8) reliant directement le séparateur d'huile (6) au fond du bac à huile (2), caractérisé en ce que le séparateur d'huile (6) et la culasse (5) ne communiquent pas l'un par rapport à l'autre.
  2. Moteur à combustion interne (1), selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face opposée à la face de la culasse (5) en contact avec le carter de cylindres (3) est obturée par un couvercle (9, 9').
  3. Moteur à combustion interne (1), selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la culasse (5) est disposée entre le carter de cylindres (3) et le séparateur d'huile (6).
  4. Moteur à combustion interne (1), selon la revendication 3, caractérisé en ce que le couvercle (9) est le socle du séparateur d'huile (6).
  5. Moteur à combustion interne (1), selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la cheminée (7) est intégrée de fonderie dans le bloc du moteur (1).
  6. Moteur à combustion interne (1), selon l'une quelconques des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le conduit de retour (8) est intégré de fonderie dans le bloc du moteur (1).
  7. Moteur à combustion interne (1), selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que la culasse (5) est alimentée en air par une pompe (4).
  8. Moteur à combustion interne (1), selon l'une quelconques des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le carter de cylindres (3) est alimenté en air par une pompe (4).
  9. Moteur à combustion interne (1), selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le séparateur (6) est pourvu de chicanes.
  10. Moteur à combustion interne (1), selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le séparateur (6) est pourvu de cyclones.
  11. Moteur à combustion interne (1), selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le séparateur (6) est pourvu de média filtrant.
  12. Moteur à combustion interne (1), selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur 1 est un moteur à cylindres en ligne.
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