Carterventilatie

Onderwerpen:

  • Carterventilatie algemeen
  • Carterventilatieklep
  • Blow-by gassen
  • Uitvoeringen van carterventilatie en carterontluchting
  • Olieafscheiders
  • Elektrische verwarming voor de carterontluchting
  • Veelvoorkomende problemen met carterventilatie

Carterventilatie algemeen:
Carterventilatie is een systeem dat dampen vanuit het carter worden afgevoerd naar het inlaatspruitstuk van de motor. In de carterpan bevindt zich naast de motorolie ook lucht. Deze lucht is vermengd met oliedampen en een minimale hoeveelheid verbrandingsgassen die langs de zuigerveren in het carter terechtkomen. Dit noemen we de “blow by” gassen. Deze damp mag niet in de buitenlucht terecht komen. Als dat bewust wel zo is gedaan, zoals vroeger bij oude motoren, noemen we dat Negatieve Carter Ventilatie. Dit is echter slecht voor het milieu, de dampen bestaan uit verbrandingsresten, waterdamp en benzinedamp.

Tegenwoordig worden de dampen via slangen en buizen naar het inlaattraject van de motor gevoerd (zichtbaar in de afbeelding hiernaast). De carterdampen worden zo door de motor aangezogen en nemen vervolgens mee aan het verbrandingsproces. Nadat ze zijn verbrand, zijn ze niet meer schadelijk. De volledig gesloten carterventilatie noemen we een “Positieve Carter Ventilatie”, afgekort als PCV. De positieve carterventilatie is voorzien van een zogenaamde PCV-klep, die de druk naar het carter regelt.

Carterventilatie en carterontluchting worden vaak door elkaar gehaald. Er is een wezenlijk verschil tussen carterventilatie en carterontluchting:

  • bij carterventilatie wordt de carterdamp afgevoerd en vindt er toevoer van verse lucht plaats;
  • bij carterontluchting worden alleen de carterdampen afgezogen.

Carterventilatieklep:
De carterventilatie is een zowel een terugslag- als een drukregelklep, welke de overdruk van de carterventilatie afvoert naar de inlaat van de motor, maar in tegengestelde richting sluit. De carterventilatieklep is in de meeste gevallen uitgevoerd als veerbelaste membraanklep die de onderdruk in het carter op ongeveer 0,02 á 0,03 bar ten opzichte van de buitenluchtdruk houdt.

Bij het openen van deze PCV-klep worden de waterdampen en blow-by gassen geabsorbeerd in de inlaatkluch en meeverbrandt in de cilinder.

De carterventilatieklep is aan één zijde verbonden met de buitenlucht en aan de andere zijde verbonden met het inlaatspruitstuk. Het doel is om met wisselende drukken in het inlaatspruitstuk een lage, constante druk in het carter te behouden.

  • Bij een stationair toerental is de druk in het inlaatspruitstuk laag (onderdruk). De klep is bijna gesloten;
  • Met gas geven staat de gasklep een stukje geopend en dan stijgt de luchtdruk in het inlaatspruitstuk (minder onderdruk). De klep gaat wat verder open.


Bij het openen van de klep beweegt de afdichtschijf tegen de veerkracht in omhoog. De doorlaat wordt daarmee vergroot om daarmee meer carterdampen naar de inlaat af te voeren.

Carterventilatieklep (tekening: VAG)

Blow-by gassen:
De gassen die vanuit de verbrandingsruimte in het carter terecht komen, noemen we blow-by gassen. Blow-by gassen kunnen op vele manieren in het carter terecht komen. Factoren als een zuigerspeling, de toestand van de zuigerveren en de ovaliteit en slijtage van de cilinderwand hebben de meeste invloed op de hoeveelheid blow-by gassen die bij een motor ontstaan. 

Tijdens de verbranding wordt per liter brandstof ongeveer één kg waterdamp geproduceerd, waarvan een deel langs de zuigerveren in het carter terecht komt.

Tijdens het warmdraaien van een koude motor en een rijk mengsel met optrekken ontstaan de meeste blow-by gassen waardoor er onverbrande of onvolledig verbrande brandstof in het carter terecht komt. De blow-by gassen bestaan voor 10 tot 40% uit olie en voor de rest uit gassen als H20, CO, Co2, HC en NOx. 

Uitvoeringen van carterventilatie en carterontluchting:
De afbeeldingen tonen een gedeelte van het motorblok waarin het type carterontluchting in is te herkennen. De componenten van de carterontluchting zijn aangetoond middels pneumatische symbolen.
De legenda toont de betekenissen van de symbolen.

Ieder type carterontluchting is genummerd (van 1 t/m 7).

1. ongeregelde carterontluchting met afvoer voor de gasklep:
De carterontluchting bestaat uit een olieafscheider en een slang naar de luchtslang tusen het luchtfilter en de gasklep. Dit is de meest eenvoudige uitvoering van de carterontluchting die we in personenauto’s tegenkomen. Er schuilen een hoop nadelen aan deze constructie:
– de carterdampen kunnen de luchtmassameter vervuilen;
– de onderdruk in het carter is afhankelijk van de luchtfilterweerstand.

1. ongeregelde carterontluchting
Legenda
2. restrictie en afvoer voor en na gasklep

2. carterontluchting met terugslagklep voor, en restrictie na de gasklep:
Ten opzichte van nummer 1 (hierboven) is er sprake van een betere ontluchting, doordat er in deellast een betere luchtstroom over de gasklep heerst. Een nadeel is dat de constructie meer ingewikkeld is dan nummer 1.

3. carterventilatie met stromingsrichting-verandering in de ventilatieleiding:
Het grote pluspunt is dat hierbij sprake is van ventilatie in het carter, en niet alleen ontluchting. Nadelen zijn dat er een tweede olieafscheider nodig is en dat de luchtstroming in de olieafscheider omkeert.

3. stromingsverandering in leiding
4. geregeld, afvoer na gasklep

4. geregelde carterontluchting met afvoer na de gasklep:
Omdat deze uitvoering na de gasklep zit, heerst er meer onderdruk in de carterontluchting (een meer zuigende werking). Er is daarom een drukregelaar nodig. Tussen de olieafscheider en de inlaatbuis zit een drukregelaar die pas opent bij een bepaalde carterdruk. Zonder overdruk in het carter is de drukregelaar gesloten.

5. geregeld carterventilatiesysteem met afvoer voor de gasklep:
Ook in deze uitvoering zien we de drukregelaar. De toevoeging in dit systeem is de slang  tussen de luchtaanzuigbuis vóór de gasklep en de aansluiting op het kleppendeksel. Dit maakt een ventilatie mogelijk. Het nadeel is dat er sprake is van valse lucht over de gasklep. 

5. geregeld carterventilatiesysteem
6. ongeregeld met drukvulling

6. ongeregelde carterontluchting van een motor met drukvulling:
Tussen de gasklep en het inlaatspruitstuk bevindt zich in de carterontluchtingsslang een terugslagklep. Deze voorkomt dat de turbo een overdruk in het carterventilatiesysteem blaast. Onder vollast-condities zou deze overdrukklep gesloten blijven en de carterdruk te hoog oplopen. Om die reden zit er een extra olieafscheider met een slang aan de aanzuigzijde van de turbo bevestigd.

7. geregelde carterventilatiesysteem van een motor met drukvulling:
De slang naar het kleppendeksel maakt carterventilatie mogelijk. De drukregelklep met twee terugslagkleppen maken een hogere onderdruk voor de olieafscheider mogelijk. Het nadeel is dat dit systeem complex is.

7. geregeld, met drukvulling

Olieafscheiders:
Om te voorkomen dat er met de blow-by gassen ook motorolie via de carterventilatie in het inlaatkanaal wordt gezogen, passen fabrikanten olieafscheiders toe. Zonder olieafscheider zouden componenten als de luchtmassameter, turbo, de kleppen en de katalysator of roetfilter kunnen vervuilen of beschadigen. Zoals de naam al doet vermoeden, scheidt de olieafscheider lucht en olieresten van elkaar. Olieafscheiders bestaan in verschillende uitvoeringen: de cycloon-, labyrint- en elektrolytische olieafscheider. Deze drie uitvoeringen worden in de volgende paragrafen beschreven.

Cycloon olieafscheider:
De cycloon olieafscheider scheidt de olie en lucht in de carterdampen door de lucht in werveling te brengen. Door de centrifugaalkracht die tijdens het wervelen ontstaat, worden de zwaardere oliedeeltjes tegen de binnenkant van de behuizing geslingerd.

De oliedruppels die daarbij overblijven, worden via een slang teruggevoerd naar het carter. De lucht drukt de drukregelklep tegen de veerkracht in omhoog en wordt naar de inlaat van de motor gevoerd. In de afbeelding zien we dat de turbo deze lucht aanzuigt.

De drukregelklep sluit wanneer er een vacuüm in het carter dreigt te ontstaan, bijvoorbeeld wanneer de turbo veel lucht aanzuigt. Een te hoog vacuüm in het carter zou schade kunnen toebrengen aan pakkingen en keerringen.

Cycloon olieafscheider (afb: VAG)

Labyrint olieafscheider:
Een labyrint olieafscheider wordt vaak gecombineerd met een cycloon afscheider. In de labyrint olieafscheider botsen de carterdampen tegen de schotten aan. De oliedruppels worden van de lucht gescheiden en vallen weer terug in het carter.  De overgebleven olieresten worden vervolgens in de cycloon afscheider van de damp gescheiden.

Bij een verhoogde carterdruk en overmatig veel carterdampen, bijvoorbeeld als gevolg van overmatige slijtage aan de zuigerveren, opent de drukbegrenzingsklep om de carterdruk niet te hoog op te laten lopen.

Labyrint olieafscheider (afb: VAG)

De onderstaande afbeeldingen tonen een kleppendeksel van een 2.0 TDI VW-motor. In het kleppendeksel zitten beide typen olieafscheiders gemonteerd.
De onderstaande afbeeldingen tonen de posities van het labyrint en de cycloon olieafscheiders. De carterdamp komt in het labyrint terecht (links). In het labyrint worden de grove olieresten van de doorstromende lucht gescheiden. Vanuit het labyrint komt de carterdamp in het cycloongedeelte terecht om de laatste olieresten uit de lucht te verwijderen.

Elektrostatische olieafscheider:
De eerder benoemde olieafscheiders bereiken geen 100% effectieve afscheiding. Als de carterdamp met lage snelheid door deze typen olieafscheider gaat, zoals we bij een laag toerental kan voorkomen, blijven er nog steeds kleine oliedruppeltjes in de damp achter. Met de elektrostatische olieafscheider worden ook deze kleine druppeltjes uit de carterdampen verwijderd. De gereinigde carterdamp bevat minder dan één procent van de olie die in de ongereinigde carterdamp binnenkwam.

De volgende afbeelding toont de elektrostatische olieafscheider.
Door middel van hoogspanning worden ook de kleinste oliedruppels magnetisch gemaakt, zodat ze in de afscheider blijven plakken. Op deze wijze wordt de olie van de lucht gescheiden.

In de behuizing bevindt zich een transformator die de boordspanning van 12 of 24 volt (bij een personen- of bedrijfsauto) omzet naar een hoogspanning van 9 tot 12 kilovolt.

Elektrostatische olieafscheider

Elektrische verwarming voor de carterontluchting:
In de carterdamp bevindt zich waterdamp. In de paragraaf “blow-by gassen” werd al beschreven dat per liter brandstof ongeveer een kg waterdamp vrijkomt, waarvan een gedeelte langs de zuigerveren in het carter terecht komt. Bij een koude motor waarbij de temperatuur in de carterontluchting minder dan 70 graden Celsius is, zal de waterdamp als water condenseren. Bij veel koude starts en korte ritten verzamelt zich een grote hoeveelheid water in het motorblok.

Tijdens het draaien van de motor verdampt een deel van het vocht en wordt de damp door de carterontluchting afgevoerd. De carterdamp condenseert op de koudere gedeeltes in de motoronderdelen, waaronder de carterontluchtingsslangen. Om te voorkomen dat bij lage buitenluchttemperaturen de damp in de slang bevriest, monteren veel autofabrikanten één of meerdere verwarmingselementen in een carterontluchtingsslang.
De verwarming wordt bij een koude start door de ECU geactiveerd.

Bij motoren zonder verwarmingselement, of waarbij de verwarming niet functioneert, bestaat de kans dat de ontluchtingsslang bevriest. Op die plek ontstaat een blokkade. De carterdruk wordt dan aanzienlijk hoger. Als gevolg van de verhoogde carterdruk kan er olielekkage ontstaan via de krukaskeerring of pakkingen (kleppendeksel- of carterpanpakking).

Carterontluchting met elektrische verwarming

Motoren die te weinig op bedrijfstemperatuur komen, kan het water in de carterpan bevriezen. Omdat olie op water drijft, blokkeert het ijs de toevoer van olie in de oliezeef. Door de lage oliedruk ontstaat er motorschade. De elektrische verwarming die in deze paragraaf is beschreven, biedt daartoe geen oplossing: de verwarming voorkomt bevriezing van de carterventilatieslangen die zich bovenin de motorruimte kunnen bevinden. Om te voorkomen dat er zich veel water in het carter verzamelt, is het goed om de motor vaak goed warm te laten worden door lange ritten te maken, onderhoudsintervallen niet uit te stellen en korte ritten van enkele kilometers zoveel mogelijk voorkomen.

Veelvoorkomende problemen met carterventilatie:

  • Verstopte carterventilatie: er wordt een hoge druk opgebouwd in het carter en dat belemmert de werking van de motor. Bij motoren met heel erg veel white sludge (olieresten met vocht, afkomstig door altijd korte stukjes rijden waarbij de motor nooit op temperatuur komt, of door een defecte thermostaat) kan de carterontluchting volledig verstopt raken. De slangen zitten dan vol met sludge, en kunnen in de winter bevriezen (omdat white sludge veelal uit vocht bestaat). Als dit gebeurt, kunnen de slangen spontaan uit elkaar klappen.
  • Gescheurde slangen: olie tast rubber aan. In carterdampen zitten olieresten en de slangen naar de inlaat zijn vaak van rubber. Als deze slangen ouder worden kunnen ze scheuren. Deze slangen voelen van te voren vaak al aan als kauwgom en is een indicatie dat ze toe zijn aan vervanging.
  • Een gescheurde carterventilatieslang kan een onaangename olielucht in de motorruimte en daarmee ook in het interieur veroorzaken. Ook zal de motor valse lucht aanzuigen, omdat de extra aangezogen lucht niet door de luchtmassameter is gemeten. Door het teveel aan lucht kan de motor onregelmatig gaan draaien, meer brandstof verbruiken en het motorlampje kan gaan branden.
  • Vervuiling van de motor: carterdampen kunnen ondanks olieafscheiders alsnog kleine oliedruppeltjes bevatten. Dit kan het inlaattraject van de motor vervuilen, waaronder het gasklephuis en de inlaatkleppen.
  • Verhoogde carterdruk: Dit is geen probleem met de carterventilatie zelf, maar dit is wel via de ontluchting waar te nemen. Wanneer er erg veel lucht door de carterventilatie heen wordt geblazen, kan het zijn dat één of meerdere (compressie)zuigerveren of dat de cilinderwand beschadigd zijn. Het mengsel lekt tijdens de compressieslag langs de zuigerveren naar het carter (blow by). Om zeker te weten of dat de oorzaak bij de zuigerveren te vinden is moet er een compressietest of een cilinderlektest worden uitgevoerd. Bij een motor die hier last van heeft, zal de motorolie door de brandstof en verbrandingsgassen sneller vervuilen en verouderen.
error: Alert: Content is protected !!