JP2003206717A - クランクケース通気システム - Google Patents

クランクケース通気システム

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JP2003206717A JP2002344169A JP2002344169A JP2003206717A JP 2003206717 A JP2003206717 A JP 2003206717A JP 2002344169 A JP2002344169 A JP 2002344169A JP 2002344169 A JP2002344169 A JP 2002344169A JP 2003206717 A JP2003206717 A JP 2003206717A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼ガスによる汚染に強い二段給気増圧シス
テムを備えた内燃機関用のクランクケース通気システム
を提供する。 【解決手段】 吸気システム(5)が、エンジン(2)
に空気(8)を供給し、この空気は、上流側のスーパー
チャージャ(18)及び下流側のターボチャージャ(2
0)によって連続的に加圧される。クランクケース排気
システム(40)が、クランクケースガス(42)をク
ランクケース(6)から引き出し、圧力調整制御弁(4
6)の設定に応じて第1の導管(48)か第2の導管
(50)かのいずれかの経由で吸気システム(5)内へ
送り込む。第1の増圧段(18)が稼働中の場合、第1
の導管(48)が第1の増圧段(18)の上流側にクラ
ンクケースガス(42)を導入するのに用いられ、これ
に対し、第1の増圧段(18)が稼働中ではない場合、
第2の導管(50)がクランクケースガス(42)を第
1の増圧段(18)の下流側であって第2の増圧段(2
0)の上流側に導入するのに用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二段吸込空気増圧
システムを有する内燃機関用クランクケース通気システ
ムに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】内燃機
関(本明細書全体にわたり「エンジン」という場合があ
る)の通常の作動中、燃焼ガスは燃焼圧力によりピスト
ン圧縮リングの先へ押し進められ、エンジンのクランク
ケース領域内へ押し込まれる。「ブローバイ」ガスのこ
の流れはかかるエンジンではシリンダ圧力が高いことが
普通なのでターボチャージャ付きエンジン又はディーゼ
ルエンジンで最も顕著に見られる。圧力の増大を防止す
るためにかかるブローバイガスをクランクケースから放
出することが必要であり、かかる圧力の増大に鑑みてオ
イルシールが設けられる場合があるが、これは効果がな
い。典型的には、クランクケース内圧力を大気圧に近い
状態に維持することが望ましい。例えば、一仕様では、
クランクケース内圧力を、大気圧の−2.5kPa〜+
5kPaに維持することが必要である。
【0003】ブローバイガスはクランクケースからピッ
クアップした無数の燃焼生成物及びエンジンオイルを含
んでいるので、かかるブローバイガスを大気中に逃がす
ことは可能ではなく、油蒸気をガスから分離し、次にこ
れらをエンジン吸気口(インテーク)に戻す密閉型クラ
ンクケース通気(CCV)システムを設けることが通例
である。ターボチャージャ付きエンジンの場合、これを
行う一方法は、ブローバイガスをターボチャージャの上
流側で吸気システム中に戻すことである。これにより、
クランクケースガスの戻り経路中にポンプを設けること
が必要でなくなり、もしそうでなければ、ターボチャー
ジャの下流側での吸気経路中の圧力の増大に打ち勝つの
にポンプが必要になる。
【0004】一般に、ターボチャージャの上流側に設け
られた空気質量流量(MAF)センサを用いてターボチ
ャージャ付きエンジンに供給される空気の量を測定す
る。1つの重要な検討事項は、クランクケースガスの入
口箇所は、空気の逆流がブローバイガスを運んでMAF
センサに戻し、これを汚染することがないようにするた
めに、空気質量流量(MAF)センサから十分に遠ざけ
たままにしなければならないということにある。
【0005】本発明は、2つの圧縮機が直列に連結され
た場合に関する。これは例えば下流側圧縮機が或る特定
の最低エンジン速度前後で稼働状態になるターボチャー
ジャであり、上流側圧縮機がターボチャージャが働かな
いエンジン作動領域での需要に応じて作動できる電動式
ターボチャージャである場合に望ましい場合がある。
【0006】典型的な自動車のエンジンコンパートメン
ト内のスペースは制限されているので、2つの圧縮機を
設けた場合、再循環したクランクケースガスが圧縮機の
上流側に設置されたMAFセンサを汚染することがない
ように組立体全体をパッケージ化することは困難であ
る。
【0007】また、或る特定の形式の圧縮機軸受がブロ
ーバイガスからの汚染により経時的に悪影響を受ける場
合がある。かかる汚染による影響を受けにくい軸受を設
計することはかねてから可能ではあるが、これにより、
圧縮機の費用が増大する場合がある。本発明の目的は、
これらの問題を解決するクランクケース通気システムを
提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関用のクランクケース通気システムであって、エンジン
に空気を供給する吸気システムと、供給空気の圧力を増
大させるエンジン給気増圧システムと、クランクケース
ガスをクランクケースから引き出して、該ガスを吸気シ
ステム中へ導入するクランクケース排気システムとを有
し、 a)給気増圧システムは、連続して位置する第1の増圧
段と第2の増圧段を有し(すなわち、第1の増圧段と第
2の増圧段とを直列に有し)、第1の増圧段は、第2の
増圧段の上流側に位置し、 b)クランクケース排気システムは、クランクケースガ
スを吸気システム中に導入する第1の導管と第2の導管
を有し、第1の導管は、上記ガスを第1の増圧段の上流
側に導入し、第2の導管は、上記ガスを第1の増圧段の
下流側であって第2の増圧段の上流側に導入し、 c)クランクケース排気システムは、第1の導管及び第
2の導管内のクランクケースガスの流量を制御する流量
制御手段を有していることを特徴とするクランクケース
通気システムが提供される。このシステムはクランクケ
ースガス中の油の量を減少させる油分離器を更に有する
のが通例である。
【0009】特に有利には、流量制御手段は、第1の増
圧段が供給空気の圧力を増大しているとき、クランクケ
ースガスの流れを第1の導管に差し向け、第1の増圧段
が供給空気の圧力を増大させていないとき、クランクケ
ースガスの流れを第2の導管に差し向けるよう構成され
る。これにより、多数の利点が得られる。第1に、第1
の増圧段を第2の増圧段よりも低圧で作動させるシステ
ムでは、これは、第1の増圧段を通るクランクケースガ
スの量を最小限に抑えるのに役立つ場合がある。第2
に、第1の増圧段が稼働中の場合、この第1の増圧段の
下流側の圧力は一般に増大することになる。かくして、
クランクケース通気システムが、第1の導管又は第2の
導管内のクランクケースガスの流れを促進する手段を有
することは必要ではない。というのは、クランクケース
ガスは、第1の増圧段の上流側にのみ導入できるからで
ある。
【0010】本発明の好ましい実施形態では、流量制御
手段は、制御弁である。第1の導管と第2の導管の両方
は、制御弁から吸気システムまで延びている。第1の導
管は、第1の増圧段の上流側の第1の場所で吸気システ
ムに結合され、第2の導管は、第1の増圧段と第2の増
圧段との間の第2の場所で吸気システムに結合される。
【0011】また、本発明の好ましい実施形態では、ク
ランクケース排気システムは、第3の導管を有し、第3
の導管は、クランクケースから制御弁まで延びている。
制御弁は、クランクケースガスを必要に応じて第1の導
管又は第2の導管を通って吸気システムに導入するよう
自動的に作動される自動化弁であるのがよい。
【0012】好ましくは、制御弁は、上記導管内の圧力
差によって受動的に作動する。これにより、弁を作動さ
せる電子制御システム又は電気機械的アクチュエータを
設ける必要がないという利点が得られる。制御弁は又、
圧力調整制御弁、即ち、弁前後の圧力差により作動され
る弁であるのがよく、その結果、弁が第1の導管及び第
2の導管に送られるクランクケースガスの比率を変える
ことになる。
【0013】本発明は又、本発明のクランクケース通気
システムを有する内燃機関を提供する。また、本発明に
よれば、内燃機関のクランクケースを通気する方法であ
って、エンジンが、クランクケースと、吸気システム
と、第1の増圧段及び第2の増圧段を含むエンジン給気
増圧システムと、クランクケースと吸気システムの両方
に連結されたクランクケース排気システムとを有し、ク
ランクケース排気システムは、流量制御手段を有し、上
記方法は、 i)吸気システムを用いて空気をエンジンに供給する段
階と、 ii)第1の増圧段及び第2の増圧段を用いて上記供給
空気の圧力を増大させる段階と、 iii)クランクケース排気システムを用いてクランク
ケースガスをクランクケースから引き出して、上記クラ
ンクケースガスを吸気システムに導入する段階と、 iv)流量制御手段を用いて吸気システム内の複数の場
所のところにおける吸気システム内への上記クランクケ
ースガスの導入状態を制御する段階とを有し、上記場所
は、第1の増圧段の上流側に位置する第1の場所及び第
1の増圧段の下流側であって第2の増圧段の上流側に位
置する第2の場所を含むことを特徴とする通気方法が提
供される。
【0014】この場合、クランクケースガスの流れを、
第1の増圧段が供給空気の圧力を増圧しているときに第
1の場所に、第1の増圧段が供給空気の圧力を増圧して
いないときには第2の場所に差し向けるよう流量制御手
段を構成するのがよい。本発明の内容を、添付の図面を
参照して例示として以下に詳細に説明する。
【0015】
【発明の実施の形態】エンジン2は、圧縮点火又は火花
点火方式のエンジンであり、クランクケース6の上方に
位置した多数のシリンダ4を有している。エンジン2
は、吸入空気8を吸気マニホルド10を経てシリンダ4
に供給する吸気システム5を有している。燃料噴射シス
テム12を経て燃料をシリンダ4に供給することができ
る。エンジン2は、排出ガス16をシリンダ4から出す
排気マニホルド14を更に有している。
【0016】吸入空気8は、二段エンジン給気増圧シス
テムを通って吸気マニホルド10に達し、この二段エン
ジン給気増圧システムは、エンジン排気駆動式ターボチ
ャージャ20の上流側に設けられた電動式スーパーチャ
ージャ18を有している。スーパーチャージャ18は、
空気を圧縮する回転インペラ21を有し、このインペラ
は、密閉型玉軸受(図示せず)に取り付けられている。
【0017】ターボチャージャ20の下流側にはインタ
クーラ22が設けられ、このインタクーラは、吸気マニ
ホルド10内の吸入空気8の密度を高めるために圧縮空
気24の温度を減少させる。ターボチャージャ20は、
シリンダ4に供給された空気の量を増大させることによ
り従来方法で動作する。かかる過給システムは、排出ガ
ス16の流れがいったん排出ガスタービン26を駆動す
るのに十分になると、或る特定の最小エンジンrpm、
例えば1,500〜2,000rpmよりも高いrpm
で有効になる。この結果、「ターボラグ(turbo-lag
)」と呼ばれる現象が生じることになり、かかるター
ボラグ中、エンジントルクはエンジンがかなり大きな過
給が得られる最小rpmに達するまで運は転手の需要に
対して比較的非応答性である。
【0018】したがって、エンジン2は、電動式スーパ
ーチャージャ18を備えており、このスーパーチャージ
ャ18は、運転手の需要に従ってエンジントルクを増大
させるため低エンジン速度で間欠的に稼働するに過ぎな
い。しかしながら、スーパーチャージャ18は、自動車
電気系統30から相当多量の、例えば最高300Aの電
流28を消費する。これは、典型的な自動車用電気系統
30が連続的に給電することが見込まれる量よりも大き
い。したがって、ターボチャージャ20が吸入空気8を
圧縮して運転手の需要に応えることができる点にエンジ
ンrpmがいったん達すると、スーパーチャージャ18
を非作動状態にする。
【0019】この例では、スーパーチャージャ18とタ
ーボチャージャ20の両方は、空気バイパス32,34
を備えている。スーパーチャージャのバイパス32は、
スーパーチャージャ18を通り、そしてこれを越える空
気の流れを制御するバイパス弁36を有している。これ
と同様に、ターボチャージャ20は、ターボチャージャ
20が使用されていないとき、空気が排気ガスタービン
26をバイパスすることができるようにするために、そ
してターボチャージャが完全使用状態にあるとき、圧力
及びターボチャージャの速度を制限するためにウエスト
ゲートバルブ38を有している。
【0020】しかしながら、エンジンがディーゼルエン
ジンである場合、ターボチャージャは、必要なあらゆる
作動条件に適合するよう可変流量/圧力特性を備えた可
変ノズルターボ過給機(VGT)を備えるのがよいこと
は注目されるべきである。ウエストゲートバイパスは、
かかるVGT装置では不要である。
【0021】エンジン2は、クランクケース排気システ
ム40を有し、このクランクケース排気システムによ
り、クランクケースガス42をクランクケース6から排
出し、これを吸入空気8の一部として吸気システム5内
へ送り戻すことができる。クランクケース排気システム
40は、排気導管44を有し、この排気導管44によ
り、クランクケースガス42は、クランクケース6から
引き出される。排気導管44は、圧力制御二方弁46に
通じている。2つの別の導管、即ち第1の導管48及び
第2の導管50がそれぞれ、二方弁46から延びてい
て、2つの場所で吸気システム5に繋がっており、これ
ら場所のうちの一方52は、スーパーチャージャ18の
上流側に位置し、他方の場所54は、スーパーチャージ
ャ18の下流側であってターボチャージャ20の上流側
に位置している。
【0022】この構成により、幾つかの問題が解決さ
れ、クランクケースガス42を吸気システム5内の単一
の場所にだけ再循環させるクランクケース通気システム
と比べて多数の利点が得られる。クランクケースガス4
2を給気増圧装置18,20のうちの一方の下流側に導
入する方式に関する大きな問題は、かかる増圧装置1
8,20を付勢すると、吸気システム5のその場所の圧
力が一般にクランクケース6内部の圧力よりも高くなる
ということにある。排気導管44を通ってクランクケー
ス6に戻る加圧空気の流れを防止する逆止弁を設けるこ
とが可能ではあるが、クランクケースガス42を、増圧
装置18,20により生じる圧力に抗して排気導管44
に沿って圧送するポンプを設けないで、クランクケース
ガス42をクランクケース6から排気するのは可能では
ない。
【0023】この問題の一解決策は、クランクケースガ
ス42を両方の増圧装置18,20の上流側の場所52
のところに常時導入することであろう。しかしながら、
これにより吸気システム5の全体設計に多くの実用上の
問題が生じることが判明している。第1に、一般に、エ
ンジンに供給される空気の量を測定する空気質量流量セ
ンサ(MAF)56を設けることが望ましい。空気質量
流量センサ56は、増圧装置18,20の上流側に設け
られる。この場合、空気質量流量センサ56は、吸気シ
ステム5に流入する非圧縮状態の、したがって非加熱状
態の空気58の量を測定する。これにより、空気質量流
量の信頼性のより高い測定が可能になる。しかしなが
ら、クランクケースガス42は、かかるガスが吸気シス
テム5に導入される場所52が空気質量流量センサ56
に十分近く位置していると、空気質量流量センサ56を
激しく汚染する場合のある燃焼粒子及び油蒸気を含んで
いる。これは、非圧縮吸入空気58の量が少ないとき、
例えばエンジン2がアイドリング状態にあるとき、或い
は給気増圧が突然停止したときに特に問題である。
【0024】原理的には場所52と空気質量流量センサ
56との間の導管60をかかる汚染の恐れを最小限に抑
えるのに十分長尺に形成することが可能であるが、実際
には、代表的な現代の自動車のエンジンコンパートメン
ト内部のスペースの大きさは、非常に限られており、か
かる導管の長さをできるだけ最小限に抑えることがかね
てより要望されている。
【0025】第2に、上流側増圧装置18がスーパーチ
ャージャの場合、再循環したクランクケースガス42中
の排出ガス成分及び油蒸気が電動式スーパーチャージャ
18内に用いられているモータ軸受を汚染してこれを劣
化させる恐れがある。かかる軸受は通常、密閉型玉軸受
である。原理的には例えば油供給式平軸受を用いること
によりかかる劣化に対して十部に保護される軸受を得る
ことが可能であるが、エンジンからかかる軸受への油供
給手段を構成することは困難である。
【0026】したがって、二段増圧システムのあらゆる
動作モードについて排出ガス42を場所52か場所54
かのいずれかにだけ導入すると、解決するのに費用が高
くつき、又は解決するのが困難な多くの問題が生じる。
【0027】本発明は、第1の増圧装置18が吸入空気
8を加圧していないときに、クランクケースガス42を
第1の増圧装置18の下流側に位置するが、第2の増圧
装置20の上流側に位置する場所54に差し向ける(符
号62で示されている)弁46を用いることにより、上
記問題を実質的に解決し、又は解消する。この動作モー
ド中、ポンプが排出導管44に沿う吸気システム5内へ
のクランクケースガス42の流れを生じさせるポンプを
必要としない。
【0028】スーパーチャージャ18を付勢し、吸気シ
ステム5内の場所54のところの圧力が上昇すると、弁
46を自動的に作動させて第2の導管50に沿うクラン
クケースガスの逆流を遮断し、クランクケースガス42
がスーパーチャージャ18の上流側の場所52まで第1
の導管48に沿って流れるようこれを差し向ける(符号
64で示されている)。スーパーチャージャを作動させ
るので、空気質量流量センサ56を通る非加圧状態の吸
入空気58の相当多くの流れが生じることになり、たと
え導管60が短くても、これによりクランクケースガス
42,64に起因する汚染が空気質量流量センサ56に
達しないようになる。また、増量した吸入空気の流れ5
8は、再循環したクランクケースガス42,64を稀釈
し、これをスーパーチャージャ18中へ押し込み、それ
によりかかるガスがスーパーチャージャ内のモータ軸受
に及ぼす影響を減少させるのにも役立つことになる。さ
らに、スーパーチャージャ18は、ターボチャージャ2
0が低エンジン速度においてそれほど増圧作用を発揮し
ていない場合に、ターボラグに対処するよう間欠的に使
用されるに過ぎないので、クランクケースガス42,6
4は、スーパーチャージャ18の上流側の場所52で
は、間欠的に、しかもエンジンの全作動時間のうち比較
的僅かな部分の間、導入されるに過ぎない。エンジン作
動時間のうちの大部分の間、クランクケースガス42,
64は、スーパーチャージャ18の下流側であってター
ボチャージャ20の上流側に位置する場所54のところ
で吸気システム5に導入される。
【0029】したがって、本発明により、エンジンが二
段給気増圧システム18,20を有している場合、エン
ジンクランクケース6を通気する便利且つ経済的な方式
が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の一部として本発明のクランクケース
通気システムを有する自動車の一部の略図である。
【符号の説明】
2 内燃機関(エンジン) 4 シリンダ 5 吸気システム 6 クランクケース 8 吸入空気 10 吸気マニホルド 14 排気マニホルド 16 排出ガス 18 スーパーチャージャ 20 ターボチャージャ 40 排気システム 42 クランクケースガス 48,50 導管 56 空気質量流量センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク アンダートン クリドル イギリス エセックス シーエム2 9テ ィーワイ チェルムスフォード アヴェニ ュー ロード 46 (72)発明者 ウィリアム マーク エドワード ブラザ ートン イギリス エセックス シーオー7 6ユ ーティー コルチェスター ストレイト ロード マーティンズ ハウス Fターム(参考) 3G005 EA16 EA20 EA23 FA21 FA33 GB15 GB51 3G015 AA07 AA13 BD10 BD24 CA15 CA16

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関用のクランクケース通気システ
    ムであって、エンジンに空気を供給する吸気システム
    と、前記供給空気の圧力を増大させるエンジン給気増圧
    システムと、クランクケースガスをクランクケースから
    引き出して、該ガスを吸気システム中へ導入するクラン
    クケース排気システムとを有し、 a)給気増圧システムは、連続して位置する第1の増圧
    段と第2の増圧段を有し、第1の増圧段は、第2の増圧
    段の上流側に位置し、 b)クランクケース排気システムは、クランクケースガ
    スを吸気システム中に導入する第1の導管と第2の導管
    を有し、第1の導管は、前記ガスを第1の増圧段の上流
    側に導入し、第2の導管は、前記ガスを第1の増圧段の
    下流側であって第2の増圧段の上流側に導入し、 c)クランクケース排気システムは、第1の導管及び第
    2の導管内のクランクケースガスの流量を制御する流量
    制御手段を有している、 クランクケース通気システム。
  2. 【請求項2】 流量制御手段は、第1の増圧段が供給空
    気の圧力を増大しているとき、クランクケースガスの流
    れを第1の導管に差し向け、第1の増圧段が供給空気の
    圧力を増大させていないとき、クランクケースガスの流
    れを第2の導管に差し向けるよう構成されている、請求
    項1記載のクランクケース通気システム。
  3. 【請求項3】 流量制御手段は制御弁である、請求項1
    又は2記載のクランクケース通気システム。
  4. 【請求項4】 第1の導管と第2の導管の両方は、制御
    弁から吸気システムまで延びている、請求項3記載のク
    ランクケース通気システム。
  5. 【請求項5】 クランクケース排気システムは、第3の
    導管を有し、前記第3の導管は、クランクケースから制
    御弁まで延びている、請求項4記載のクランクケース通
    気システム。
  6. 【請求項6】 制御弁は自動化弁である、請求項3〜5
    のうちいずれか一に記載のクランクケース通気システ
    ム。
  7. 【請求項7】 制御弁は、前記導管内の圧力差によって
    受動的に作動する、請求項3〜6のうちいずれか一に記
    載のクランクケース通気システム。
  8. 【請求項8】 制御弁は、圧力調整制御弁である、請求
    項3〜7のうちいずれか一に記載のクランクケース通気
    システム。
  9. 【請求項9】 第1の増圧段は、電動式スーパーチャー
    ジャであり、第2の増圧段は、排気ガス駆動ターボチャ
    ージャである、請求項1〜8のうちいずれか一に記載の
    クランクケース通気システム。
  10. 【請求項10】 スーパーチャージャは、給気を圧縮す
    る回転インペラを有し、インペラは、密閉型玉軸受に取
    り付けられている、請求項9記載のクランクケース通気
    システム。
  11. 【請求項11】 クランクケース排気システムは、第1
    の導管又は第2の導管内におけるクランクケースガスの
    流れを促進する手段を備えていない、請求項1〜10の
    うちいずれか一に記載のクランクケース通気システム。
  12. 【請求項12】 エンジンへの空気の供給量を測定する
    空気質量流量センサをさらに有し、前記センサは、第1
    の増圧段の上流側に設けられている、請求項1〜11の
    うちいずれか一に記載のクランクケース通気システム。
  13. 【請求項13】 クランクケース通気システムを有する
    内燃機関であって、前記通気システムが、請求項1〜請
    求項12に記載されたものである、内燃機関。
  14. 【請求項14】 内燃機関のクランクケースを通気する
    方法であって、エンジンが、クランクケースと、吸気シ
    ステムと、第1の増圧段及び第2の増圧段を含むエンジ
    ン給気増圧システムと、クランクケースと吸気システム
    の両方に連結されたクランクケース排気システムとを有
    し、クランクケース排気システムは、流量制御手段を有
    し、前記方法は、 i)吸気システムを用いて空気をエンジンに供給する段
    階と、 ii)第1の増圧段及び第2の増圧段を用いて前記供給
    空気の圧力を増大させる段階と、 iii)クランクケース排気システムを用いてクランク
    ケースガスをクランクケースから引き出して、前記クラ
    ンクケースガスを吸気システムに導入する段階と、 iv)流量制御手段を用いて吸気システム内の複数の場
    所のところにおける吸気システム内への前記クランクケ
    ースガスの導入状態を制御する段階とを有し、前記場所
    は、第1の増圧段の上流側に位置する第1の場所及び第
    1の増圧段の下流側であって第2の増圧段の上流側に位
    置する第2の場所を含む、通気方法。
  15. 【請求項15】 流量制御手段は、第1の増圧段を稼働
    させているときに、クランクケースガスを第1の場所に
    導入し、第1の増圧段を稼働させていないときにはクラ
    ンクケースガスを第2の場所に導入する、請求項14記
    載の方法。
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