JP2009534584A - 過給機付内燃機関用の脱気及び通気装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、クランクケース（３）からブローバイ・ガスを排出するための、内燃機関（１）用の脱気及び通気装置（１９）であって、第１配管（２０）と、第２配管（２１）とを備え、第１配管（２０）は、一方の端部がクランクケース（３）に接続され、他方の端部が過給機（１０）の下流で新気配管（７）に接続され、脱気弁（２３）を有しており、また、第２配管（２１）は、一方の端部が過給機（１０）の上流で新気配管（７）に接続され、他方の端部がクランクケース（３）に接続され、絞り装置（２８）と、クランクケース（３）に対する流れを遮断する逆止弁（２９）とを有し、この逆止弁（２９）は、絞り装置（２８）に対して並列に設けられている、脱気及び通気装置（１９）に関するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に自動車において、内燃機関のクランクケースからブローバイ・ガスを排出するための、過給機付内燃機関用の脱気及び通気装置に関するものである。

ピストン式エンジンとして設計された内燃機関では、動作中に、いわゆるブローバイ・ガスが内燃機関の燃焼室から内燃機関のクランクケースへ入る。ブローバイ・ガスの量は、内燃機関の動作状態、例えばアイドリングや全負荷、に依存している。クランクケース内が許容し得ないほど高い過剰圧力になるのを回避するため、クランクケースからブローバイ・ガスを排出する必要がある。しかしながら、ブローバイ・ガスを周囲に放出することは、環境保護の理由から望ましくない。

したがって、通常、脱気装置は、一方の端部がクランクケースに接続され、他方の端部が内燃機関の新気配管（吸気配管）に接続された配管を備えている。したがって、ブローバイ・ガスは、燃焼のために内燃機関へ戻るように供給される。ブローバイ・ガスが周囲へ放出されないように、クランクケース内が真空になるようブローバイ・ガスをクランクケースから吸引することが有効である。このような真空状態は、新気配管において、少なくとも過給機無しの内燃機関では、特に絞り弁の下流で常時得られる。しかしながら、ある動作状態では、クランクケースを破壊してしまうかもしれないほどの真空が新気配管に生じる可能性がある。その場合、真空調整弁を用いて、クランクケースにおける真空度を所定の値に調整することが試みられる。

過給機が汚染されるのを回避するため、当該過給機の上流でブローバイ・ガスを導入すること自体が望ましくない、ということにより過給機付内燃機関ではさらなる問題が生じる。しかしながら、過給機の加圧側で十分な真空を利用できるのは、内燃機関がアイドリングモード又は比較的低い部分負荷領域で動作している場合のみである。

脱気装置は、一方の端部がクランクケースに接続され、他方の端部が過給機の下流で新気配管に接続された第１配管を備えていることが好ましい。第１配管は、脱気弁（通常は真空調整弁）を備えている。なお、この真空調整弁は、該真空調整弁に作用する差圧が所定の制限値を超えると、新気配管へ入る流量を所定の目標値に制限するように構成されている。通常、脱気及び通気装置は、第２配管をさらに備えていてもよい。なお、第２配管は、一方の端部が過給機の上流で新気配管に接続され、他方の端部が同じくクランクケースに接続されている。第２配管は、絞り装置を備えている。なお、この絞り装置は、該絞り装置に作用する差圧が所定の値である場合は、クランクケースへ供給される流量を所定の目標値に調整するように構成されている。

内燃機関のアイドリング動作では、第１配管と新気配管との間の接続部において、特にこの接続部が絞り弁の下流に設けられている場合、比較的高い真空度になる。これにより、比較的多くのブローバイ・ガスをクランクケースから排出することができる。しかしながら、アイドリング動作では、比較的少ないブローバイ・ガスしか生じない。クランクケースにおける許容できないほどの高い真空度を回避するため、第２配管は、過給機の上流で吸引した新気をクランクケースへ供給することにより、この動作状態でのクランクケースの通気を可能にする。

部分負荷の増大に伴い、第１配管の接続部における真空度は減少し、その一方で、同時に、クランクケースにおいては、排出対象となるブローバイ・ガスの量が増える。それに応じて、第２配管を介して供給される新気の量も減る。所定の部分負荷を越えると、第１配管の接続部での真空度は、クランクケースにおける所望の真空を調整するのに十分なものでなくなる。この場合、第１配管の接続部における真空度は、第２配管の接続部における真空度よりも低くなっている。その結果、第２配管における流れの方向が、クランクケースを脱気するように逆転する。第１配管には、目的に応じてカットオフ逆止装置が設けられていてもよい。これにより、新気配管との接続部における第１配管内の圧力がさらに上昇した場合、第１配管はクランクケースへの流れ方向において自動的に遮断される。

部分負荷がさらに上昇する場合、又は全負荷では、過給機の下流で新気配管に過剰な圧力が生じる。したがって、第１配管は遮断され、ブローバイ・ガスは第２配管だけを介して排出される。

内燃機関の特定の動作状態、特に全負荷において、過給機の上流で新気配管において利用可能な真空は比較的小さい。その結果、ブローバイ・ガスの十分な吸引は必ずしも常に保証されていない。例えば設計上のスペースが原因で、第２配管の接続部を過給機の入口の比較的近い位置に配置しなければならない場合は特に、問題が深刻になる。

本発明の目的は、冒頭部分において説明したような脱気装置のために、改善された、特に真空度が比較的低くても十分な脱気が可能なことを特徴とし、これにより、新気配管の側に比較的自由に接続できるようにした形態を提供することである。

上記目的は、本発明によれば、独立請求項の対象により達成される。有利な実施形態は、従属請求項の対象である。

本発明は、第２配管において、逆止弁を絞り装置に対して並列に設けて、クランクケースへの流れを遮断するという発想に基づくものである。これにより、第２配管を介してクランクケース内を脱気する際に、ブローバイ・ガスは、絞り装置を流れる必要がなくなり、クランクケース内を脱気する方向に開状態となる逆止弁を流れることができる。したがって、流動抵抗を、この流れ方向において低減することができ、比較的小さい真空でもブローバイ・ガスを十分に吸引することができる。その結果、第２配管を、比較的小さな真空しか利用できないような新気配管の部分にも接続することができる。これにより、脱気及び通気装置の組立の自由度が改善される。

本発明の更なる重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び図面を参照してなされる各図面の説明により導かれる。

上で言及され、以下でさらに詳しく説明する特徴は、それぞれ挙げた組合せだけではなく、本発明の範囲内において、他の組合せでも又は単独でも使用可能であることが分かる。

本発明の好ましい実施形態を図示し以下の記載により詳しく説明する。なお、同じ参照符号は、同じ、若しくは同様の、又は、機能的に同等の構成要素を示している。

図１から図３によれば、内燃機関１は、クランクケース３とシリンダヘッド４とロッカーカバー５とオイルパン６とを有するエンジンブロック２を備えている。新気配管７（吸気配管）は、新気を、周囲８からエンジンブロック２へ供給する。その一方で、排気管９は、内燃機関１の排気を、エンジンブロック２から排出して周囲８へ放出する。

内燃機関１は、自動車に搭載されているのが好ましい。内燃機関１は過給されており、それゆえ、本実施形態では例えば排気ターボ過給機として設計された過給機１０を備えている。したがって、過給機１０は、新気配管７に設けられた圧縮器１１と、排気管９に設けられたタービン１２とを備えている。内燃機関１には、例えば機械的な過給機、特にルーツ・ブロワなどの他の過給機１０が備えられていてもよいことは明らかである。

新気配管７は、入口側に空気濾過器１３を有していて、その下流に空気の流量測定器１４を有している。この流量測定器１４は、例えば熱膜流量計として設計されている。新気配管７は、過給機１０の下流に過給気冷却器１５を備え、その下流に絞り弁１６を備えている。

さらに、内燃機関１は、排気再循環装置１７を備えている。排気再循環装置１７は、ここでは簡単に示されていて、排気再循環冷却器１８のみによって示されている。

さらに、内燃機関１は、脱気及び通気装置１９を備えている。脱気及び通気装置１９によって、内燃機関１の動作中に、クランクケース３内からブローバイ・ガスを排出することができる。このようなブローバイ・ガスは、エンジンブロック２の詳しくは説明しないシリンダ空間からの漏れにより、内燃機関１の動作中にクランクケース３へ入る。

脱気及び通気装置１９は、第１配管２０と第２配管２１とを備えている。第１配管２０は、一方の端部がクランクケース３に接続され、他方の端部が第１接続部２２を介して新気配管７に接続されている。この場合、第１接続部２２は、過給機１０の下流、特に、絞り弁１６の下流に設けられている。また、第１接続部２２は、新気配管７上であって、排気再循環装置１７の詳しくは説明していない挿入部の上流に設けられている。第１配管２０は、脱気弁２３を備えており、この脱気弁２３は、例えば真空調整弁であってもよい。脱気弁２３は、該脱気弁２３に作用する差圧が所定の制限値を越えると、新気配管７へ供給される流量を所定の目標値に制限するように構成されている。

ここに示す実施形態では、第１配管２０に、カットオフ逆止装置２４がさらに設けられている。カットオフ逆止装置２４は、第１配管２０をクランクケース３への流れ方向において遮断し、脱気弁２３への流れ方向において有効である。カットオフ逆止装置２４は、脱気弁２３と一体化するのが好ましい。これにより、一体化されたカットオフ逆止機能を有する脱気弁によって一体型の構成要素２５が構成される。

第２配管２１は、一方の端部が、過給機１０の上流にある第２接続部２６で新気配管７に接続されている。その一方で、第２配管２１は、他方の端部が、好ましくは第１配管２０とは無関係に、同じくクランクケース３に、特に直接、接続されているのが好ましい。

第２配管２１は、絞り装置２８を備え、この絞り装置２８は、該絞り装置２８に作用する差圧の所定の値に対して、第１配管２０へ流れる流量を所定の目標値に調整するように構成されている。第２配管２１は、第１配管２０の方向への流れを遮断する逆止弁２９をさらに備えている。この場合、逆止弁２９と絞り装置２８とは、並列に流通可能なように配置されている。これにより、絞り装置２８は、逆止弁２９を迂回するバイパスを形成している。このバイパスは、以下では同様に符号２８で示されている。逆止弁２９及び絞り装置２８も、一体型の構成要素３０を形成しているのが好ましい。この構成要素３０は、特に、一体化されたバイパス２８を有する逆止弁２９によって形成されている。

第１配管２０は、第１分離装置３１を備えている。この第１分離装置３１は、内燃機関１の動作中に、クランクケース３から吸引されたブローバイ・ガスから油及び／又は油滴を除去するように設計されている。分離した油を、第１戻り配管３２を介して第１分離装置３１からクランクケース３へ、好ましくはオイルパン６へ戻すことができる。ここに示す好ましい実施形態では、第２配管２１にも、第２油戻り配管３６を有する独自の第２分離装置２７が備えられている。

本発明の脱気装置１９は、以下のように動作する。

図１に示す第１動作状態では、内燃機関１はアイドリング動作で動作しており、つまり最小負荷での動作状態である。この動作状態では、比較的少ないブローバイ・ガスがクランクケース３に入る。同時に、過給機１０は、実質的に休止している。少なくとも、絞り弁１６は、絞り弁１６の下流の新気配管７内で比較的高い真空度になるように、強く絞られる。この真空度は、脱気弁２３の制限値を上回り、絞り装置２８の所定の値を上回るほど大きい。したがって、脱気弁２３は、所定の流量を通過させる。この場合、第１配管２０がクランクケース３の脱気を行う。この動作状態では、第１配管２０を介して排出可能な気体は、その後に流れてくる新しいブローバイ・ガスよりも多い。

同時に、新気配管７の第２接続部２６での真空度は、第１接続部２２での真空度よりも低い。圧力均衡化された新気が第２配管２１を介して流れるようになるまで、第１配管２０を介した脱気によりクランクケース３の圧力を低下させる。それゆえに、絞り装置２８もある程度の流量を通過させるが、この流量は、脱気弁２３の所定の流量よりも少ない。この場合、第２配管２１が新気配管７からの新気をクランクケース３に通気する。

脱気弁２３及び絞り装置２８は、クランクケース３から排出されるブローバイ・ガス量が最小であるこの動作状態において、クランクケース３内を所定の真空度にできるような量の新気が第２配管２１を介してクランクケース３へ流れるように、目標を定めて互いに調節されている。特に、クランクケース３における真空度は、この動作状態においていつまでも低減されないのがよい。したがって、この動作状態において、第１配管２０を介してクランクケース３から吸引され、新気配管７へ排出される流量は、一部が排出対象のブローバイ・ガス量からなり、残りが第２配管２１を介してクランクケース３へ供給される相応の新気量からなる。

内燃機関１の負荷が増大するにつれて、クランクケース３に生じるブローバイ・ガスの量も増える。その結果、より多くのブローバイ・ガスを排出する必要がある。この場合、同時に、絞り装置２８の絞り作用により、クランクケース３に供給される新気の流量もその分、減小する。

ブローバイ・ガスの流れを図１中に矢印３３で示す。新気の流れを図１中に矢印３４で示す。ブローバイ・ガスと新気とが混合された混合気体の流れを図１中に矢印３５で示す。

図２は、部分負荷での内燃機関１の動作状態を示す。部分負荷では、新気配管７の第１接続部２２では、比較的低い真空度にしかなっていない。この真空度は、生じたブローバイ・ガス量の全てを、第１配管２０を介してクランクケース３から排出し、新気配管７へ導入できるほど依然として高い。これには、差圧が増大するにつれて、まず、脱気弁２３を流通する流量が（線形に）増大し、中程度の差圧において流量が最大値となり、差圧がさらに増大すると所定の目的値に（線形に）下がり、差圧がさらに増大しても目標値のまま一定である、特性曲線によって特徴付けられる、脱気弁２３が特に適している。前記最大値は、便宜的には、図２に示す内燃機関１の動作状態において脱気弁２３に作用する差圧の範囲である。この動作状態では、第２配管２１を介してブローバイ・ガスに混入される新気量は非常に少なく、ゼロの値に戻ることもある。分かりやすいように、新気の流れ３４を破線の矢印で示す。

この動作状態における新気の流れ３４は実質的には無視可能なので、ここでは、第１配管２０にはブローバイ・ガスの流れ３３しか存在しない。

負荷がさらに増大する場合、特に全負荷では、図３に示す状態となる。まず、第１接続部２２の真空度は低すぎて、生じたブローバイ・ガス量を吸引できない。次に、特に、対応する絞り弁の設定との組み合わせで過給機１０を駆動又は起動させることにより、第１接続部２２を介して新気配管７へブローバイ・ガスを導入不能にする過剰な圧力が第１接続部２２に生じる可能性がある。過剰な圧力になった場合、カットオフ逆止装置２４は、第１接続部２２で配管を遮断する。

過給機１０の加圧側で圧力が上昇するにつれて、過給機１０の吸引側における圧力は低下する。その結果、クランクケース３に生じるブローバイ・ガスを第２配管２１のみを介して吸引するのに十分な真空度が第２接続部２６に生じる。この場合、第２配管２１がクランクケース３の所望の脱気を行う。このことは、基本的に、絞り装置２８を介して可能であり、これを、ここでは、破線の矢印で表す。しかしながら、この流れの方向において、ブローバイ・ガスの流れ３３の、少なくとも主流部分が、逆止弁２９を流れるように、逆止弁２９は開いている。

逆止弁２９は、その開口部分の抵抗及びその流動抵抗が、バイパス及び／又は絞り装置２８の流動抵抗よりも小さくなるように設計されているのが好ましい。特に、逆止弁２９の開口部分の抵抗及び流動抵抗は、第２接続部２６での真空度が、この動作状態又は状態範囲において、生じるブローバイ・ガス量をクランクケース３から吸引するのに十分なものであるように選択されている。これにより、クランクケース３に所定の真空を生じさせることができる。第２配管２１は、逆止弁２９の開口方向においては、逆止弁２９の開口部分及び流路に対する抵抗が非常に小さいので、絞りがほぼ解除されている。これにより、比較的小さな真空度で十分な脱気を行うことができ、特に、第２接続部２６を過給機１０の入口の比較的近い位置に配置することができる。

図１は、一動作状態における脱気装置を大幅に簡略化して線図で表した図である。 図２は、一動作状態における脱気装置を大幅に簡略化して線図で表した図である。 図３は、一動作状態における脱気装置を大幅に簡略化して線図で表した図である。

Claims (10)

1. 特に自動車に設けられていて、内燃機関（１）のクランクケース（３）からブローバイ・ガスを排出するための、過給機付内燃機関（１）用の脱気及び通気装置であって、
   第１配管（２０）と、
   第２配管（２１）とを備え、
   前記第１配管（２０）は、
   一方の端部が前記クランクケース（３）に接続され、又は、接続可能であり、
   他方の端部が前記内燃機関（１）の過給機（１０）の下流で前記内燃機関（１）の新気配管（７）に接続され、又は、接続可能であり、
   脱気弁（２３）を有していて、この脱気弁（２３）は、該脱気弁（２３）に作用する差圧が所定の制限値を超えると、前記新気配管（７）へ供給される流量を所定の目標値に制限するように構成され、
   前記第２配管（２１）は、
   一方の端部が前記過給機（１０）の上流で前記新気配管（７）に接続され、又は、接続可能であり、
   他方の端部が前記クランクケース（３）に接続され、又は、接続可能であり、
   絞り装置（２８）を有していて、この絞り装置（２８）は、該絞り装置（２８）に作用する差圧が所定の値である場合は、前記クランクケース（３）へ供給される流量を所定の目標値に調整するように構成され、
   前記第２配管（２１）は、前記新気配管（７）から前記クランクケース（３）への流れを遮断する逆止弁（２９）を有していて、この逆止弁（２９）は、前記絞り装置（２８）が該逆止弁（２９）を迂回するバイパス（２８）を形成するように、前記絞り装置（２８）に対して並列に設けられている
   脱気及び通気装置。
2. 請求項１に記載の脱気及び通気装置において、
   前記バイパス（２８）又は前記絞り装置（２８）は、前記逆止弁（２９）と一体化されている
   ことを特徴とする脱気及び通気装置。
3. 請求項１または２に記載の脱気及び通気装置において、
   前記逆止弁（２９）の開口部分の抵抗及び流動抵抗は、前記バイパス（２８）又は前記絞り装置（２８）の流動抵抗よりも小さい
   ことを特徴とする脱気及び通気装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の脱気及び通気装置において、
   前記逆止弁（２９）の開口部分の抵抗及び流動抵抗は、前記内燃機関（１）の全負荷動作において、前記第２配管（２１）が前記新気配管（７）に接続されている接続部（２６）における真空度が、前記クランクケース（３）に所定の真空を生じさせるため、又は、所定のブローバイ・ガス量を吸引するために十分な値となるように設定されている
   ことを特徴とする脱気及び通気装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の脱気及び通気装置において、
   前記第１配管（２０）は、前記新気配管（７）から前記接続部（２７）への流れを遮断するカットオフ逆止装置（２４）を有している
   ことを特徴とする脱気及び通気装置。
6. 請求項５に記載の脱気及び通気装置において、
   前記カットオフ逆止装置（２４）は、前記脱気弁（２３）と一体化されている
   ことを特徴とする脱気及び通気装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の脱気及び通気装置において、
   前記脱気弁（２３）と前記バイパス（２８）又は前記絞り装置（２８）とは、前記内燃機関（１）のアイドリング動作において、前記クランクケース（３）における圧力低下が所定の真空度に制限され、又は、前記クランクケース（３）からのブローバイ・ガスの吸引が所定の流量に制限されるように、互いに調節されている
   ことを特徴とする脱気及び通気装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の脱気及び通気装置において、
   前記第１配管（２０）は、過給気冷却器（１５）の下流で前記新気配管（７）に接続され、及び／又は、
   前記第１配管（２０）は、絞り弁（１６）の下流で前記新気配管（７）に接続され、及び／又は、
   前記第１配管（２０）は、排気再循環装置（１７）の挿入位置の上流で前記新気配管（７）に接続されている
   ことを特徴とする脱気及び通気装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の脱気及び通気装置において、
   前記第２配管（２１）は、空気流量測定器（１４）の下流で前記新気配管（７）に接続され、及び／又は、
   前記第２配管（２１）は、空気濾過器（１３）の下流で前記新気配管（７）に接続されている
   ことを特徴とする脱気及び通気装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の脱気及び通気装置において、
    前記第１配管（２０）及び前記第２配管（２１）には、それぞれ、前記ブローバイ・ガスから油及び／又は油滴を除去するための分離装置（２７，３１）が設けられている
    ことを特徴とする脱気及び通気装置。

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