EP1965045B1 - Procédé et dispositif de réchauffage de gaz de carter et chambre de décantation destinée aux gaz de carter - Google Patents

Procédé et dispositif de réchauffage de gaz de carter et chambre de décantation destinée aux gaz de carter Download PDF

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EP1965045B1
EP1965045B1 EP20080152027 EP08152027A EP1965045B1 EP 1965045 B1 EP1965045 B1 EP 1965045B1 EP 20080152027 EP20080152027 EP 20080152027 EP 08152027 A EP08152027 A EP 08152027A EP 1965045 B1 EP1965045 B1 EP 1965045B1
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heat transfer
crankcase
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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F01M2013/0455—Crankcase ventilating or breathing having means for purifying air before leaving crankcase, e.g. removing oil with a de-icing or defrosting system

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for heating crankcase gas in a motor vehicle engine.
  • the invention also relates to a settling chamber contained in the crankcase circuit of a motor vehicle engine.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of the automotive industry.
  • blow-by gases cool and some initially gaseous compounds can condense into liquid, or even solidify.
  • an amalgam may be formed, that is to say an emulsion obtained by stirring a mixture of water and oil in the liquid phase.
  • crankcase gases can fall below 0 ° C, so as to freeze the water contained in these gases.
  • the formation of a plug of ice and / or amalgam causes a rise in pressure of the crankcase causing oil splashes under the hood and engine breakage by oil draining of the housing by the oil dipstick or by the seals.
  • a fire hazard of the vehicle is not excluded.
  • an object of the invention is to provide a method and a device for heating "blow-by" gases which make it possible to avoid additional energy consumption, to limit the additional cost of reheating and not to increase engine clutter.
  • This object is achieved, in accordance with the invention, by a method of heating crankcase gas in a motor vehicle engine, said gases being circulated in a recovery circuit passing through an oil settling chamber contained in said crankcase gas, remarkable in that said method consists in maintaining in said settling chamber a temperature above a given temperature.
  • the temperature of the settling chamber is maintained higher than said temperature given by heat exchange between said settling chamber and a heat transfer fluid of the engine.
  • the invention provides in particular that said heat exchange is obtained by circulating said heat transfer liquid on at least one wall of the settling chamber.
  • said coolant liquid is taken at the outlet of a heat exchanger with the engine lubricating circuit oil.
  • a device for heating crankcase gas in a motor vehicle engine, a circuit for recovering said gases passing through an oil settling chamber contained in said crankcase gases is notably remarkable in that said device comprises means to maintain the temperature of said upper settling chamber at a given temperature.
  • said means are capable of creating a heat exchange between said settling chamber and a heat transfer fluid of the engine.
  • said means comprise at least one double wall arranged on the settling chamber and intended to achieve said heat exchange by circulation of the heat transfer fluid inside said double wall.
  • the double wall is provided with a heat transfer fluid inlet orifice in communication with a heat exchanger between said heat transfer fluid and the oil of the engine lubrication circuit.
  • the invention further relates to an oil settling chamber contained in the crankcase circuit of a motor vehicle engine, characterized in that said settling chamber comprises a double wall for the circulation of a coolant of the motor.
  • the double wall is provided with a coolant inlet for communicating with a heat exchanger between said heat transfer fluid and the engine lubrication circuit oil.
  • the invention has the effect of avoiding the formation of ice plugs or amalgam due to the cooling of "blow-by" gases by preventing such cooling from occurring, or even favoring their warming.
  • the invention therefore makes it possible to use the heat-transfer fluid circuit of the engine, eg brine, of the cooling circuit, and in particular the heat it conveys, in order to heat the walls of the oil settling chamber.
  • the heat exchange tending to cool the crankcase gases and to create the difficulties related to freeze "blow-by" and amalgam, are reversed.
  • the problems of gel and amalgam are minimized or even eliminated depending on the applications.
  • crankcase heating device in a motor vehicle engine which is shown schematically on the figure 1 the cylinder head 10, the cylinder block 20 and the oil tank 30.
  • the chamber 210 decantation is intended to decant the crankcase gases to separate them from the oil they are loaded. This is usually a baffle type settler that stops the oil droplets and returns them to the oil tank by means of an oil return pipe 215 from the decanter 210 to the oil tank 30.
  • the "blow-by" gases thus pass, between an inlet 211 and an outlet 212, a hot space inside the decanter 210 which protects them from the possibly very cold temperatures that can be encountered outside, in particular in areas exposed to cold air under the hood.
  • the desired heating is obtained by equipping the chamber 210 with a double wall 216 decantation, as indicated by the figure 2 , and to circulate a heat transfer fluid capable of constituting a heat shield for the crankcase gases that pass through the decanter 210.
  • This fluid enters the double wall 216 through an inlet orifice 213 and out through a port 214 of exit.
  • the coolant introduced into the double wall 216 of the settling chamber 210 is, for example, the engine coolant, such as brine, which, leaving the water core of the cylinder block 20 through the manifold 231 enters a 230 water / oil exchanger to cool the oil of the engine lubrication circuit.
  • This oil is removed from the oil tank 30 by the pipe 221, then is filtered by the oil filter 220 before passing through the heat exchanger 230 and continue its journey to supply the lubrication circuit.
  • the water of the cooling circuit receives calories from the engine oil, enters the decanter 210 through the inlet orifice 213, circulates in the double wall 216 which it maintains at a constant temperature. temperature sufficient, spring decanter 20 through the outlet port 214 and continues its path to cool the cylinder head 10.
  • the double wall 216 may cover all the faces of the decantation chamber 210 or only some of them and, at least, the one most exposed to cold aeration under the hood.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé et un dispositif de réchauffage de gaz de carter dans un moteur de véhicule automobile. L'invention a également pour objet une chambre de décantation contenue dans le circuit des gaz de carter d'un moteur de véhicule automobile.
  • L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'industrie automobile.
  • Dans un moteur à combustion interne, les gaz de carter, appelés aussi gaz de « blow-by », proviennent de différentes sources :
    • ■ fuite au niveau des segments, depuis la chambre de combustion vers les volumes sous piston,
    • ■ fuite au niveau des paliers du ou des turbo-compresseurs, depuis les corps de turbine et de compresseur vers le carter moteur par le retour d'huile,
    • ■ fuite par les joints de queue de soupape, depuis les tubulures d'admission et d'échappement vers la culasse,
    • ■ fuite des gaz de pompe à huile, depuis le circuit de freinage vers la culasse.
  • Ces gaz créés dans le carter du moteur doivent être évacués pour éviter les risques de fuite vers l'extérieur et le rejet dans l'atmosphère d'hydrocarbures polluants, ainsi que pour maintenir le bas du carter en dépression et éviter un incendie du moteur.
  • C'est pourquoi il est prévu dans les moteurs thermiques d'évacuer ces gaz de carter par des circuits de récupération en boucle fermée fonctionnant par aspiration vers l'admission des gaz moteur afin d'être consommés dans la chambre de combustion.
  • Cependant, avant d'être brûlés, ils doivent être débarrassés de l'huile qu'ils contiennent en passant dans une chambre de décantation, ceci pour des raisons d'encrassement et de pollution.
    • ■ Les gaz de carter sont composés :
      • ■ de gaz de combustion, essentiellement de l'eau, du dioxyde de carbone et du diazote,
      • ■ des gaz imbrûlés : air, carburant et diazote,
      • ■ d'huile.
  • Lors du fonctionnement du moteur dans des conditions climatiques froides, les gaz de « blow-by » se refroidissent et certains composés initialement gazeux peuvent se condenser en liquide, voire même se solidifier.
  • En particulier, il peut se former un amalgame, c'est-à-dire une émulsion obtenue par agitation d'un mélange d'eau et d'huile en phase liquide.
  • De même, dans des conditions plus sévères, la température des gaz de carter peut tomber au-dessous de 0°C, de sorte à geler l'eau contenue dans ces gaz.
  • Dans tous les cas, la formation d'un bouchon de glace et/ou d'amalgame a pour conséquence une montée en pression du carter à l'origine de projections d'huile sous le capot et de casse moteur par vidange de l'huile du carter par la jauge à huile ou par les joints. Dans certains cas, un risque d'incendie du véhicule n'est pas exclu.
  • Pour remédier à ces difficultés, il est généralement proposer d'implanter dans les moteurs des dispositifs de réchauffage électrique des tuyaux de circulation des gaz de « blow-by ». Ces dispositifs sont constitués le plus souvent d'une résistance sous tension venant localement réchauffer la surface des tuyaux.
  • Ces solutions sont le plus souvent coûteuses énergétiquement, du fait de la consommation d'énergie électrique que l'alternateur doit fournir, et économiquement, car elles se répercutent sur le prix de revient du moteur. De plus, apparaissent également des difficultés d'implantation liées à l'encombrement des tuyaux chauffants et au faisceau électrique nécessaire pour alimenter les résistances de réchauffage.
  • On connaît au travers du document US 6234 154 un bloc moteur présentant un circuit de refroidissement et un circuit de gaz de carter, et un séparateur d'huile des gaz de carter permettant le transfert de chaleur du circuit de refroidissement vers les gaz de carter.
  • Aussi, un but de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de réchauffage des gaz de « blow-by » qui permettent d'éviter une consommation d'énergie supplémentaire, de limiter le surcoût lié au réchauffage et de ne pas augmenter l'encombrement moteur.
  • Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un procédé de réchauffage de gaz de carter dans un moteur de véhicule automobile, lesdits gaz étant mis en circulation dans un circuit de récupération traversant une chambre de décantation d'huile contenue dans lesdits gaz de carter, remarquable en ce que ledit procédé consiste à maintenir dans ladite chambre de décantation une température supérieure à une température donnée.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, la température de la chambre de décantation est maintenue supérieure à ladite température donnée par échange thermique entre ladite chambre de décantation et un fluide caloporteur du moteur.
  • L'invention prévoit en particulier que ledit échange thermique est obtenu par circulation dudit liquide caloporteur sur au moins une paroi de la chambre de décantation.
  • Il est également prévu par l'invention que ledit liquide caloporteur est prélevé en sortie d'un échangeur de chaleur avec l'huile du circuit de lubrification du moteur.
  • De même, un dispositif de réchauffage de gaz de carter dans un moteur de véhicule automobile, un circuit de récupération desdits gaz traversant une chambre de décantation d'huile contenue dans lesdits gaz de carter, est notamment remarquable en ce que ledit dispositif comprend des moyens pour maintenir la température de ladite chambre de décantation supérieure à une température donnée.
  • Selon un mode de réalisation, lesdits moyens sont aptes à créer un échange thermique entre ladite chambre de décantation et un fluide caloporteur du moteur.
  • Avantageusement, lesdits moyens comprennent au moins une double paroi aménagée sur la chambre de décantation et destinée à réaliser ledit échange thermique par circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de ladite double paroi.
  • Selon l'invention, la double paroi est munie d'un orifice d'entrée du fluide caloporteur en communication avec un échangeur de chaleur entre ledit fluide caloporteur et l'huile du circuit de lubrification du moteur.
  • L'invention concerne en outre une chambre de décantation d'huile contenue dans le circuit des gaz de carter d'un moteur de véhicule automobile, remarquable en ce que ladite chambre de décantation comprend une double paroi destinée à la circulation d'un fluide caloporteur du moteur.
  • Selon l'invention, la double paroi est munie d'un orifice d'entrée du fluide de refroidissement destinée à communiquer avec un échangeur de chaleur entre ledit fluide caloporteur et l'huile du circuit de lubrification du moteur.
  • Ainsi, on comprend que l'invention a pour effet d'éviter la formation de bouchons de glace ou d'amalgame dus au refroidissement des gaz de « blow-by » en empêchant qu'un tel refroidissement ne se produise, voire même en favorisant leur réchauffement.
  • L'invention permet donc d'utiliser le circuit de fluide caloporteur du moteur, eau glycolée du circuit de refroidissement par exemple, et en particulier la chaleur qu'il véhicule, afin de chauffer les parois de la chambre de décantation de l'huile. Ainsi, les échanges thermiques tendant à refroidir les gaz de carter et à créer les difficultés liées au gel de « blow-by » et d'amalgame, sont inversés. En effet, en réalisant une chambre de décantation à double paroi et en introduisant une circulation d'eau chaude entre les deux parois, les problèmes de gel et d'amalgame sont minimisés, voire supprimés en fonction des applications.
  • Les avantages de l'invention sont les suivants :
    • ■ économie d'énergie en utilisant une source d'énergie disponible. En effet, l'eau du circuit de refroidissement est chauffée par la combustion dans le moteur. Cette énergie est ensuite perdue au travers du radiateur. Il s'agit donc d'utiliser une partie de cette énergie perdue pour éviter de refroidir les gaz de « blow-by » et leur permettre de s'échauffer plus rapidement,
    • ■ déduction du prix de revient du moteur du coût des réchauffeurs électriques. En effet, le surcoût de développement et d'achat de la chambre de décantation reste bien inférieur à celui des réchauffeurs.
    • ■ réduction de l'encombrement moteur. En effet, l'invention permet d'éviter l'installation d'un faisceau électrique et d'un connecteur encombrants.
    • ■ temps de réponse très rapide.
  • La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
    • ■ La figure 1 est une vue de côté schématique d'un système de réchauffage de gaz de carter conforme à l'invention.
    • ■ La figure 2 est une vue de côté de la chambre de décantation d'huile représentée sur la figure 1.
  • Sur la figure 1 est montré un dispositif de réchauffage de gaz de carter, ou de « blow-by », dans un moteur thermique de véhicule automobile dont on a représenté schématiquement sur la figure 1 la culasse 10, le carter cylindre 20 et le bac 30 à huile.
  • Ces gaz circulent par aspiration entre le bas du carter moteur et la chambre de combustion le long d'un circuit de récupération traversant une chambre 210 de décantation de l'huile contenue dans les gaz de « blow-by ».
  • La chambre 210 de décantation a pour but de décanter les gaz de carter afin de les séparer de l'huile dont ils sont chargés. Il s'agit en général d'un décanteur type chicane qui arrête les gouttes d'huile et les retourne au bac 30 à huile grâce à un tuyau 215 de retour d'huile du décanteur 210 vers le bac 30 à huile.
  • Comme cela a été expliqué plus haut, il peut arriver que dans des conditions climatiques froides, l'eau et l'huile des gaz de « blow-by » créent des bouchons de glace et/ou d'amalgame, avec toutes les conséquences dommageables que cela entraîne pour le moteur en termes de casse ou d'incendie.
  • Pour éviter que des bouchons de glace ne se forment, dus au refroidissement des gaz de carter à travers le circuit de récupération, il est proposé de réchauffer les gaz au moyen du dispositif de réchauffage montré sur la figure 1.
  • Il s'agit de réchauffer au moins partiellement la surface extérieure de la chambre 210 de décantation de manière à maintenir sa température intérieure supérieure à une température donnée, de 0°C par exemple. Les gaz de « blow-by » traversent ainsi, entre une entrée 211 et une sortie 212, un espace chaud à l'intérieur du décanteur 210 qui les protège des températures éventuellement très froides que l'on peut rencontrer à l'extérieur, notamment dans des zones exposées à l'aération d'air froid sous le capot.
  • En pratique, le réchauffage recherché est obtenu en équipant la chambre 210 de décantation d'une double paroi 216, comme l'indique la figure 2, et d'y faire circuler un fluide caloporteur apte à constituer un écran thermique pour les gaz de carter qui traversent le décanteur 210. Ce fluide pénètre dans la double paroi 216 par un orifice 213 d'entrée et en ressort par un orifice 214 de sortie.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 1, le fluide caloporteur introduit dans la double paroi 216 de la chambre 210 de décantation est, par exemple, le liquide de refroidissement moteur, comme de l'eau glycolée, qui, sortant du noyau d'eau du carter cylindre 20 par la tubulure 231, entre dans un échangeur 230 eau/huile afin de refroidir l'huile du circuit de lubrification du moteur. Cette huile est prélevée du bac 30 à huile par le tuyau 221, puis est filtrée par le filtre 220 à huile avant de traverser l'échangeur 230 et poursuivre son trajet pour alimenter le circuit de lubrification.
  • Au passage dans l'échangeur 230, l'eau du circuit de refroidissement reçoit des calories de l'huile moteur, pénètre dans le décanteur 210 par l'orifice 213 d'entrée, circule dans la double paroi 216 qu'elle maintient à une température suffisante, ressort du décanteur 20 par l'orifice 214 de sortie et poursuit son trajet pour refroidir la culasse 10.
  • La double paroi 216 peut couvrir toutes les faces de la chambre 210 de décantation ou seulement certaines d'entre elles et, au moins, celle la plus exposée à l'aération froide sous le capot.

Claims (6)

  1. Procédé de réchauffage de gaz de carter dans un moteur de véhicule automobile, lesdits gaz étant mis en circulation dans un circuit de récupération traversant une chambre (210) de décantation d'huile contenue dans lesdits gaz de carter, caractérisé en ce que ledit procédé consiste à maintenir la température de la chambre de décantation supérieure à une température donnée par échange thermique entre ladite chambre de décantation et un fluide caloporteur du moteur prélevé en sortie d'un échangeur (230) de chaleur avec l'huile du circuit de lubrification du moteur
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite température donnée est 0°C.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit échange thermique est obtenu par circulation dudit fluide caloporteur sur au moins une paroi de la chambre (210) de décantation.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit fluide caloporteur est prélevé en sortie d'un échangeur (230) de chaleur avec l'huile du circuit de lubrification du moteur.
  5. Dispositif de réchauffage de gaz de carter dans un moteur de véhicule automobile, comprenant :
    - un échangeur (230) de chaleur entre l'huile de lubrification du moteur et un fluide caloporteur du moteur ;
    - un circuit de récupération desdits gaz traversant une chambre (210) de décantation d'huile contenue dans lesdits gaz de carter,
    caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens pour maintenir la température de ladite chambre (210) de décantation supérieure à une température donnée, aptes à créer un échange thermique entre ladite chambre (210) de décantation et du fluide caloporteur du moteur prélevé en sortie de échangeur (230) de chaleur, lesdits moyens comprenant au moins une double paroi (216) aménagée sur la chambre (210) de décantation et destinée à réaliser ledit échange thermique par circulation du fluide caloporteur à l'intérieur de ladite double paroi (216).
  6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la double paroi (216) est munie d'un orifice (213) d'entrée du fluide caloporteur en communication avec un échangeur (230) de chaleur entre ledit fluide caloporteur et l'huile du circuit de lubrification du moteur.
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