Procedimiento y dispositivo de tratamiento de los gases de cárter de un motor de combustión interna.

Procedimiento de tratamiento de los gases de cárter de un motor de combustión interna antes de su readmisión anivel de la culata caracterizado por la dilución de los gases de cárter por un gas diluyente que presente un menorgrado de higrometría que los gases de cárter,

siendo gobernada la dilución por una electroválvula o una mariposa demodo que el volumen de gas diluyente sea al menos igual a la mitad del volumen de los gases de cárter y comomucho igual a dos veces el volumen de los gases de cárter

Procedimiento y dispositivo de tratamiento de los gases de cárter de un motor de combustión interna.

La presente invención concierne al ámbito de los motores de combustión interna y de modo más especial a un procedimiento y a un dispositivo para la ventilación del cárter de un motor de combustión interna. La invención encuentra una aplicación particularmente ventajosa en el ámbito de la industria del automóvil.

En un motor de combustión interna, la cámara de combustión está delimitada en el lado del cárter por el pistón y los segmentos que aseguran la estanqueidad entre el pistón y la pared del cilindro montado en el cárter (o formando parte integrante del cárter) . Sin embargo, esta estanqueidad no es nunca perfecta, y de modo inherente al principio mismo de concepción de un motor de este tipo, es ineluctable una fuga de una parte de los gases de combustión a través de los segmentos. Estos gases son denominados comúnmente gases de cárter, o también utilizando la terminología anglosajona, gas de blow-by, siendo utilizados estos diferentes términos como sinónimos en lo que sigue de este documento.

Especialmente por cuestiones de control de las emisiones de gases contaminantes, actualmente es obligatorio reciclar los gases de cárter reintroduciéndoles a nivel de la admisión. Para hacer esto, estos son por tanto aspirados a la admisión del motor lo que permite además mantener la parte inferior del cárter en depresión.

Además de los gases de combustión, es decir esencialmente vapor de agua, dióxido de carbono y nitrógeno, los gases de cárter comprenden igualmente gases no quemados (aire o más exactamente oxígeno y nitrógeno y carburante) y aceite (esencialmente el aceite de lubricación de los pistones arrastrado por los gases de combustión) . Los gases de cárter fluyen hacia la parte inferior del cárter, y después ascienden generalmente hacia la culata por chimeneas.

La readmisión se obtiene típicamente con la ayuda de un repartidor. En tiempo frío, este repartidor puede presentar una temperatura muy inferior a 0 ºC de modo que el vapor de agua contenido en los gases de cárter puede condensarse, y después solidificarse, o formar una emulsión agua/aceite que se solidifica, formando una masa que tapona los conductos, hace aumentar la presión en el cárter y así puede provocar una rotura del motor y/o un incendio del vehículo.

Para poner remedio a este riesgo, el medio más corriente consiste en la implantación de medios eléctricos de calentamiento de las tuberías de gases de cárter. Estos medios están constituidos típicamente por una resistencia bajo tensión que recalienta localmente una superficie (véase el documento GB 2158153) . Este medio presenta no obstante el inconveniente de ser caro desde un punto de vista energético y supone la presencia de un haz eléctrico – con un cierto número de inconvenientes ligados a los problemas de ergonomía para el operario, de paso de herramientas, y de implantación porque los puntos de fijación para instalar los haces eléctricos, las conexiones de alimentación y los múltiples soportes necesarios no están siempre disponibles en el motor. Por otra parte, esta solución no erradica la formación de hielo o de emulsión sino que simplemente crea una zona en la que esta formación queda efectivamente prohibida, pero sin garantía de que el hielo o la emulsión no se forme en otro punto.

Otra solución conocida consiste en hacer pasar las tuberías de gases de cárter por el interior de las tuberías que encaminan el fluido de refrigeración. Aquí también, esta solución plantea problemas de implantación, es relativamente cara y quedan zonas en las cuales eventualmente pueden formarse el hielo o la emulsión.

Así pues, sería deseable disponer de una solución que permita obviar de modo más eficaz el riesgo de formación de hielo o de emulsión en los circuitos de gases de cárter, al tiempo que se minimicen los problemas de implantación.

La solución aquí propuesta consiste en diluir los gases de cárter por un fluido gaseoso que presente un bajo grado de humedad y cuya temperatura sea sensiblemente superior a la temperatura ambiente, como se define en las reivindicaciones 1 o 7. El fluido gaseoso diluyente es preferentemente aire que ventajosamente, esté tanto más deshidratado cuanto más baja sea la temperatura ambiente.

En una variante preferida de la invención, la alimentación de fluido diluyente se manda solamente si la temperatura ambiente es considerada como baja, por ejemplo inferior a 0 ºC, es decir, si ésta es considerada como en una gama de riesgo.

La invención tiene así por objeto igualmente, un motor de combustión interna que comprenda medios para recalentar aire de admisión y diluir los gases de cárter con este aire recalentado, siendo los citados medios de recalentamiento por ejemplo un conducto que se extienda a lo largo de la culata o del colector de escape.

Otros detalles y características ventajosas de la invención surgirán de la descripción que seguidamente se hace, en relación con los dibujos anejos, en los cuales:

La figura 1 es un esquema que ilustra el diagrama de estado del agua;

La figura 2 es un esquema que ilustra el circuito de los gases de cárter en un bloque motor de acuerdo con la invención.

Para comprender el riesgo de helada en los gases de cárter, es útil referirse a sus composiciones químicas y características termodinámicas. Como se indicó anteriormente, estos gases están constituidos por una mezcla de gases de combustión (esencialmente agua, dióxido de carbono y nitrógeno) , de gases no quemados (oxígeno, nitrógeno y carburante) y de aceite.

La reacción de combustión puede ser escrita, según un modo simplificado, llevada a una molécula de hidrocarburo CHy, suponiendo la mezcla de riqueza 1, y con una composición del aire igual, del modo siguiente:

CHY+ (1+ º) [02+3, 78N2]→ C02 + º *H20 + 3, 785*[1+ ºJN2

En el caso de los carburantes comerciales, tales como el gasóleo (diesel) o la gasolina, el valor y es igual aproximadamente a 1, 8. Lo que permite reescribir la ecuación anterior de la manera siguiente:

CH1, 8+1, 5[02 + 3, 78N2]→ C02 + 0, º*H20 + 5, ºN2

De esta ecuación, resulta que por cada mol de carburante, se generan en el escape un mol de gas carbónico, 0, 9 moles de agua y 5, 49 moles de nitrógeno; o sea habida cuenta de las respectivas masas moleculares, 44 g de gas carbónico, 16 g de vapor de agua y 154 g de nitrógeno, correspondientes a una masa total de 214 g o 198 g de gas seco y una presión parcial del agua PH 0 igual al producto de la presión de los gases por la relación molar entre agua y gas, o sea como los gases de cárter están a una presión sensiblemente igual a la presión atmosférica,

PH 0 ≈12000Pa o también 0, 12 bares.

Por otra parte, los gases de escape contienen además una cierta cantidad de gases no quemados, o sea esencialmente aire y carburante. Para un carburante comercial, se necesitan típicamente 14, 7 g de aire para quemar 1 g de carburante con una mezcla de riqueza 1 (es decir en las condiciones estequiométricas de la reacción de combustión) . Este aire contiene una cierta masa de agua que varía en función del grado de higrometría. Si se admite que la temperatura exterior es de 20 ºC y el grado de higrometría del 50%, su contenido en agua es de 0, 0073 kg de agua por kg de aire seco. Como las ecuaciones de combustión muestran que para un mol de carburante CH1, 8, se necesitan 177 g de aire, en la admisión, se admiten aproximadamente 1, 29 g de agua por mol de carburante (que hay que comparar con los 16 g generados además por la reacción de combustión) .

El análisis de los gases de cárter ha puesto en evidencia que tras el secado y el desaceitado, estos están constituidos en masa típicamente por 1, 5% de CO2, 18% de oxígeno y 80% de nitrógeno N2. Deberá observase que la composición exacta varía en función de numerosos parámetros como por ejemplo la arquitectura del motor, la riqueza de la mezcla aire-carburante, el avance del encendido, o también el tipo de combustión. El oxígeno y el nitrógeno provienen del aire de admisión, o sea para 100 moles de gases de cárter (18*16+80*28) =2530 g de aire, que como se calculó anteriormente aportarán 18, 4 g de agua suponiendo el aire de admisión a 20 ºC y 50% de higrometría. Estos 18, 4 g de agua corresponden sensiblemente a 1 mol de agua.

El dióxido de carbono proviene por su parte de los gases quemados, con un mol de CO2 producido por mol de carburante. Para 1, 5 moles de CO2, se tienen por tanto 1, 5*0, 9=1, 35 moles de agua o también 24 g de agua.

El contenido de agua... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de tratamiento de los gases de cárter de un motor de combustión interna antes de su readmisión a nivel de la culata caracterizado por la dilución de los gases de cárter por un gas diluyente que presente un menor grado de higrometría que los gases de cárter, siendo gobernada la dilución por una electroválvula o una mariposa de modo que el volumen de gas diluyente sea al menos igual a la mitad del volumen de los gases de cárter y como mucho igual a dos veces el volumen de los gases de cárter.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el citado gas diluyente es el aire de admisión.

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la citada dilución es 10 realizada si la temperatura ambiente es inferior a 0 ºC.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los gases diluyentes están más calientes que los gases de cárter.

5. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 2 y 4, caracterizado porque el aire de dilución es recalentado por un paso a lo largo de la culata y/o a lo largo del colector de escape.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un ajuste de la tasa de dilución.

7. Motor para la puesta en práctica del procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende:

• medios para recalentar el aire de admisión y diluir los gases de cárter con este aire recalentado antes de su re20 admisión a nivel de la culata, y

• una electroválvula o una mariposa para gobernar la dilución, de modo que el volumen de los gases diluyentes sea al menos igual a la mitad del volumen de los gases de cárter y como mucho igual a dos veces el volumen de los gases de cárter.