Introduction
Cet article traite du blow-by moteur, des problèmes causés par le blow-by et de l'utilisation de systèmes de ventilation du carter pour gérer le blow-by du moteur. Nous expliquons les différents types de systèmes de ventilation de carter sur le marché et les avantages de chaque type. Les moteurs abordés ici sont classés dans la catégorie des moteurs à combustion interne alternatifs (RICE) et incluent les configurations d'allumage par étincelle (moteur SI) ou d'allumage par compression (moteur CI). Les moteurs stationnaires sont utilisés pour la production d'énergie (par exemple, secours, pics/ écrêtage, énergie principale) et l'entraînement mécanique. (ex. compresseurs et pompes à gaz). Les moteurs sont également utilisés dans la propulsion marine, l'alimentation à bord et les installations de locomotives.
Qu'est-ce que le Blow-by ?
Le Blow-by se produit lorsque le mélange air-carburant et les gaz de combustion fuient au-delà des segments de piston d'un moteur. Le mélange air-carburant sous pression et les gaz de combustion fuient dans le carter du moteur à travers de petits espaces entre les segments et les parois du cylindre. Le mélange résultant de brouillard d'huile de lubrification et de gaz est appelé blow-by.
Comment le Blow-by est-il créé ?
La plupart des moteurs à combustion interne utilisent des pistons, des soupapes et des arbres pour convertir l'énergie d’explosions contrôlées en puissance mécanique. Les pistons sont le cœur et l'âme d'un moteur. Ils déplacent les gaz à travers le moteur et exploitent l'énergie créée pendant la course de combustion/puissance. Dans le moteur, les pistons sont reliés à un vilebrequin rotatif et se déplacent dans une direction linéaire à l'intérieur d'un cylindre creux fixe. Le vilebrequin prend le mouvement linéaire des pistons et le convertit en un mouvement de rotation qui peut être utilisé pour entraîner des moteurs électriques sur des groupes électrogènes, des compresseurs et d'autres équipements rotatifs. La zone du moteur dans laquelle réside le vilebrequin s'appelle le carter.
Lorsqu'un piston termine son mouvement du bas du cylindre vers le haut ou du haut du cylindre vers le bas, le mouvement s'appelle une course. Lorsqu'un moteur est appelé deux temps ou quatre temps, cela indique le nombre de courses nécessaires pour compléter un cycle de combustion. Nous nous concentrerons sur le type à quatre temps pour cet article et qui se produisent dans cet ordre : admission, compression, puissance et échappement. Le blow-by du carter est généré lors de la compression et des courses motrices.
Généralement, les nouveaux moteurs auront des niveaux de blow-by inférieurs à ceux des anciens moteurs usés. Lorsqu'un moteur fonctionne, les composants internes de la chambre de combustion commencent à s'user, ce qui entraîne une augmentation des écarts entre les parois du cylindre et les segments de piston. Cette usure permet à plus de blow-by de fuir au-delà des segments de piston dans le carter du moteur. Une bonne règle de base est de s'attendre à deux fois plus de blow-by d'un moteur «usé» qu'un moteur «neuf».
Comment un Blow-by excessif endommage-t-il un moteur ?
Le blow-by du moteur doit être évacué du carter pour éviter plusieurs problèmes. Les problèmes courants incluent :
● Pression de carter excessive - Une pression élevée dans le carter du moteur peut entraîner des fuites d'huile à travers les joints du moteur, ce qui contribue à la perte d'huile.
● Augmentation de la consommation d'huile - Lorsque le blow-by contient des niveaux élevés de brouillard d'huile qui est évacué dans l'atmosphère et non récupéré, l'efficacité du système de lubrification du moteur peut diminuer en raison d'une consommation d'huile excessive.
● Diminution des performances du moteur - Lorsque le blow-by est réacheminé par l'admission du moteur (carter fermé). L'huile et d'autres contaminants peuvent recouvrir les composants internes d'un moteur tels que les turbocompresseurs et les refroidisseurs d'admission, ce qui peut réduire considérablement l'efficacité et les performances.
Qu'est-ce que la ventilation du carter ?
La ventilation du carter est le processus de ventilation ou d'élimination du blow-by du carter d'un moteur pour éviter une accumulation de pression excessive dans le moteur. Les gaz de blow-by sont mélangés au brouillard d'huile et à d'autres contaminants qui peuvent endommager les composants internes d'un moteur et contaminer l'environnement. Un filtre de ventilation de carter à haute efficacité est nécessaire pour nettoyer les gaz ventilés avant de retourner à l'admission du moteur ou de se décharger dans l'environnement.
Quels sont les types de systèmes de ventilation de carter ?
En fonction des exigences d'installation et d'émissions, le blow-by sera ventilé à l'aide de deux types de systèmes : la ventilation de carter ouvert (OCV) et la ventilation de carter fermé (CCV).
Les systèmes OCV s’appliquent lorsque le blow-by du carter s'échappe dans l'atmosphère. Un système OCV peut être un simple reniflard en treillis métallique à faible efficacité et à faible contre-pression, ou inclure un élément coalescent à haute efficacité conçu pour capturer de grandes quantités de brouillard d'huile. Les systèmes OCV les plus efficaces intègrent un filtre coalescent à haute efficacité avec une source de vide et un mécanisme de régulation de la pression du carter. Un avantage avec l'utilisation de systèmes de ventilation de carter ouverts est que la possibilité d'accumulation de contaminants et d'huile dans le turbo et les post-refroidisseurs est minimisée. Ceci est particulièrement important pour les gaz de décharge, le biogaz, le gaz de synthèse et d'autres sites d'installations où la qualité du gaz peut être un problème (Solberg SME et ACVB).
Les systèmes CCV s’appliquent lorsque le blow-by du carter est réacheminé vers l'admission du moteur. Dans la plupart des scénarios, il sera acheminé en amont du turbo (roue du compresseur) et en aval du filtre à air du moteur. Certains seront acheminés dans l'échappement du moteur. Alors que les réglementations environnementales deviennent de plus en plus strictes, l'utilisation de systèmes de ventilation à carter fermé (CCV) augmente. L'évacuation des gaz d'échappement par la voie d'admission du moteur permet aux opérateurs de surveiller les émissions totales par l'échappement du moteur et d'éliminer une source d'émissions. Les systèmes de ventilation à carter fermé conviennent à de nombreux types d'installations, en particulier lorsque le CCV intègre une technologie de régulation de pression (Solberg ACV).
Les deux types de système peuvent gérer efficacement la pression du carter et respecter les réglementations environnementales. Reportez-vous au tableau 1.1 ci-dessous pour plus de détails.
Quels sont les avantages d'un système de ventilation de carter ?
Un système de ventilation de carter bien conçu et correctement dimensionné contribue considérablement à maintenir la fiabilité d'un moteur et à réduire les coûts de maintenance au fil du temps. Cela réduira la consommation d'huile moteur et améliorera l'efficacité et les performances du moteur. Pour ce faire, il régule la pression du carter dans une plage spécifiée et en captant l'huile entraînée dans les gaz du blow-by.
Régulation de la pression du carter
La pression du carter peut être gérée en utilisant l'admission du moteur comme source de vide (CCV) ou une source de vide externe telle qu'une turbine à canal latéral (OCV). Dans les deux cas, le niveau de vide doit être régulé pour s'assurer que la pression du carter soit maintenue dans une plage spécifiée. Ceci est normalement accompli à l'aide de vannes manuelles, de vannes automatiques ou d'entraînements à vitesse variable. Pour les systèmes CCV, l'avancée consiste à utiliser des vannes de régulation automatique du vide telles que celles que l'on trouve sur les gammes de produits des séries ACV et ACVB de Solberg. Pour les systèmes OCV, la valve manuelle est la plus courante, mais d'autres technologies telles que les systèmes de recirculation (SME-R) et la commande mécanique automatique (Solberg ACVB) gagnent du terrain dans une large gamme d'applications de moteurs. Les spécifications pour l'aspiration ou la pression du carter du moteur se situent généralement dans la plage de (-3) à (+2)" WC, (-7,5) à (+5) mbar ou (-0,75) à (0,5) kpa . Les spécifications des fabricants de moteurs varient selon la marque et le modèle du moteur et il est préférable de consulter le manuel d'exploitation OEM pour connaître la plage de pression de fonctionnement idéale du carter pour un moteur spécifique.
Réduction de la consommation d'huile
Le filtre de carter nettoie les gaz du blow-by ventilés pour s'assurer qu'ils sont exempts de contaminants avant de se décharger dans l'environnement ou de retourner à l'admission du moteur. Le brouillard d'huile est la principale préoccupation lors de l'évacuation des gaz du blow-by. La fonction du filtre est de capturer et de coalescer le brouillard d'huile entraîné dans le blow-by et de le renvoyer vers le moteur ou un récipient d'huile usée. Lors du retour de l'huile dans le carter du moteur, la consommation d'huile due à la ventilation du carter peut être considérablement réduite.
Améliorer l'efficacité du moteur
Les types de systèmes de ventilation de carter fermé (CCV) et de ventilation de carter ouvert (OCV) éliminent les contaminants et la pollution des émissions de carter. L'efficacité du filtre est particulièrement critique pour toute application de système CCV. Les filtres coalescents à haute efficacité sont idéaux pour réduire l'accumulation sur les turbos, les post-refroidisseurs et les autres composants internes. Certaines particules et brouillards d'huile traversent les filtres. Finalement, des contaminants s'accumuleront, ce qui pourrait potentiellement affecter les surfaces du turbocompresseur et réduire l'efficacité de fonctionnement. Par conséquent, il est préférable de sélectionner les filtres les plus efficaces possibles lors de l'acheminement du blow-by par l'admission d'un moteur.
(La filtration à haute efficacité varie généralement de 99 % à 99,97 % d'efficacité à 0,3 um)
Protéger le milieu environnant
Les systèmes de ventilation du carter avec des filtres à haute efficacité empêchent le brouillard d'huile, la fumée, les odeurs et autres particules de pénétrer dans l'environnement environnant. Lorsque les systèmes de ventilation à carter ouvert (OCV) évacuent les gaz du blow-by non traités dans l'atmosphère, le brouillard d'huile s'accumule dans les bâtiments et sur les équipements environnants, y compris le moteur. Au fur et à mesure que l'huile s'accumule sur les surfaces, elle devient un risque de glissade et potentiellement un risque d'incendie. L'accumulation de brouillard d'huile dans des espaces mal ventilés peut causer des problèmes respiratoires et une irritation des yeux pour le personnel de l'usine. De plus, les fuites des joints du moteur causées par une pression excessive du carter peuvent créer des risques de glissade pour les opérateurs de l'usine.
Respect des réglementations environnementales
La réduction ou l'élimination des émissions de blow-by de carter peut être exigée par des agences nationales ou régionales (EPA, IMO, etc. ). Les exigences spécifiques dépendent généralement du type de carburant, de l'installation fixe ou marine et du service (continu ou de secours). Même si votre moteur n'est pas régi par des réglementations spécifiques, il est préférable de promouvoir la responsabilité et la sécurité environnementales en capturant les émissions d'huile du blow-by.
Un système complet. Au-delà d'un simple "filtre de carter"
Les exigences de ventilation du carter sont propres à chaque modèle de moteur et à chaque installation. Les moteurs deviennent chaque année plus efficaces et plus complexes. Par conséquent, les produits « taille unique » peuvent ne pas être la meilleure solution pour contrôler les émissions et promouvoir des performances optimales du moteur. Pour les moteurs modernes, très efficaces et à faibles émissions, la plupart nécessiteront une filtration à haute efficacité tout en contribuant à une contre-pression minimale sur le carter du moteur. Un système de ventilation de carter ouvert ou fermé adapté à l'usage est nécessaire pour atteindre les objectifs d'émissions et les exigences spécifiques au site. Un système de carter complet peut inclure une configuration de tuyauterie spécifique, un emplacement de montage, un type et un emplacement de conduite de drainage, des récipients d'huile usée, un emplacement pour l'échappement, ainsi que des gaines d'isolation pour les filtres et la tuyauterie.
Conclusion
L'installation du système idéal pour un moteur, une usine ou un navire spécifique contribuera à promouvoir les performances, la sécurité et la conformité environnementale du moteur tout en améliorant la fiabilité et en réduisant le coût global de possession. Si vous avez des questions concernant les systèmes de ventilation du carter, veuillez contacter Solberg Manufacturing.
Tableau 1.1
