JP2010511835A

JP2010511835A - クランクケース換気装置

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Publication number: JP2010511835A
Application number: JP2009539762A
Authority: JP
Inventors: ルッペルシュテファン; エツカヤヤークプ
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2010-04-15
Also published as: US8393315B2; US20100313830A1; DE502007007145D1; CN101589211A; ATE508258T1; WO2008068320A1; DE102006058072A1; EP2097620B1; EP2097620A1

Abstract

本発明は、内燃機関１のクランクケース６を換気するための換気装置５に関し、特に自動車のものに関する。換気装置５は換気ライン２６を備え、この換気ライン２６は、取付状態で、入力側で内燃機関１のクランクケース６に接続され、出力側で内燃機関１に新鮮ガスを供給する新鮮ガスライン３に接続される。換気装置５は、換気ライン２７を備え、取付状態の換気ライン２７が、入力側で新鮮ガスライン３に、出力側でクランクケース６に接続されている。分離器２８は、クランクケース６から排出されるガスから汚染物質を取り除くために、換気ライン２６に配置される。そして、圧力弁３０はクランクケース６から排出されるガス量を制御するために、換気ライン２６に配置される。アイドリング中の内燃機関１の走行平滑性を増加させるために、換気装置５は、換気ライン２７をロックするためのロック装置３７を備える。

Description

本発明は、内燃機関のクランクケースを換気する換気装置に関し、特に自動車のものに関する。さらに、本発明は、この種のクランクケース換気装置のための操作の方法に関する。

内燃機関すなわちピストンエンジンの動作の間、いわゆるブローバイガスは、ピストンとシリンダとの間の漏れによってクランクケースに入り込む。換気装置によって、これらのブローバイガスは、クランクケースから排出され、一般に内燃機関に新鮮ガスを供給している新鮮ガスラインに入れられる。換気手段は、一般的に分離器を含み、この分離器は、ブローバイガスをクランクケースから排出する換気ラインに並べられ、それにより、汚染物質（好ましくはオイル及びオイルミスト）が、例えば、それらをクランクケースにフィードバックするために排出されたガスから除去され得る。使用気圧差がより高いほど、この種の分離器は、よりよく作動する。新鮮な空気のライン、特に絞り装置の下流において、内燃機関の部分的負荷で、比較的強い負圧化が存在し、それによって、分離器の適切に高い気圧差を実現できる。しかしながら、部分的負荷でクランクケースに入り込むブローバイガス量は、比較的小さい。それでも、分離器の効果を増加させるための高い気圧差を使用することが可能であるために、換気装置に新鮮ガス（それゆえに、一般に空気）を新鮮ガスラインから取り出し、主にそれをクランクケースに入れる換気ラインを設けることが可能である。これによって、部分的負荷で、クランクケースに入るブローバイガスよりも多くのガスをクランクケースから排出することが可能である。

しかしながら、クランクケースのこの種の換気は、内燃機関がアイドリング動作において、極めて粗く実施されることが判明した。これは、一方では、各運転手により妨害と感じられ、一方では、結果としてさらなる消費及び排気値となる。

本発明は、上記課題に関するそれぞれ換気装置又は、その操作の方法のために、換気装置を備える内燃機関のアイドル動作の間の走行平滑性を増加させることで特に特徴づけられる改良された実施形態を提案する。

この課題は、独立項の主題によって、本発明により解決される。有利な実施形態は、従属クレームの主題である。

本発明は、アイドリング動作の間の部分的負荷動作のための換気を、それぞれ、かなり減らすか、停止させるか、又はロックする概念に基づく。この方法によって、換気ラインによるクランクケースから排出されるガス量は、かなり削減される。すなわち、ほぼクランクケースに入っているブローバイガス量に等しくなる。換気ラインにより排出されるガス量の減少によって効率が低下する。しかしながら、いずれにせよアイドリング動作の間、比較的小さいブローバイガス量だけが生じるので、これは、いかなる課題なしでも受け入れられる。クランクケースから排出したガス量の減少は、アイドリング動作の間の内燃機関の所望の走行平滑性を結果として生じさせる。

ここで、本発明は、クランクケースから排出され、新鮮ガスラインに入れられ、分離器の効果を増加させるために増加するガス量が、従来の換気装置を有する内燃機関の粗いエンジン作動の理由であるという知識を利用する。この種の従来の換気装置のために、換気ラインによる新鮮ガスラインに入れられるガスは、内燃機関に新鮮ガスラインにより供給されるガス量の比較的大きな部分であり、それによって、命令変数として内燃機関に供給される新鮮ガス量によって作動する制御システムは、著しく影響を受ける。

本発明により提案されるように、クランクケースから排出され、新鮮ガスラインに供給されるガスの相当な減少によって、内燃機関に供給される新鮮ガス量に関するこれらのガス部分をかなり減少できる。したがって、内燃機関の制御システム上の新鮮ガスに導入されるガス量の影響は、減少する。その結果、内燃機関の同期作動が安定する。

本発明のさらに重要な特徴及び効果は、サブクレーム、図面及び図の簡単な説明に起因する。

上述した特徴と、後述する特徴とは、それぞれの決まった組合せだけでなく、他の組合せや、本発明の範囲から外れないものに適用できることを理解すべきである。

内燃機関の異なる操作状態における換気装置を有する内燃機関を示す非常に簡略化した線図状概略図である。内燃機関の異なる操作状態における換気装置を有する内燃機関を示す非常に簡略化した線図状概略図である。内燃機関の異なる操作状態における換気装置を有する内燃機関を示す非常に簡略化した線図状概略図である。他の実施形態の弁装置の単純化した概要図であり、（ａ）が開位置を示し、（ｂ）が閉位置を示す。他の実施形態の弁装置の単純化した概要図であり、（ａ）が開位置を示し、（ｂ）が閉位置を示す。他の実施形態の弁装置の単純化した概要図であり、（ａ）が開位置を示し、（ｂ）が閉位置を示す。他の実施形態の弁装置の単純化した概要図であり、（ａ）が開位置を示し、（ｂ）が閉位置を示す。他の実施形態の弁装置の単純化した概要図であり、（ａ）が開位置を示し、（ｂ）が閉位置を示す。

本発明の好ましい例示的実施形態は、図面において示され、さらに詳細に以下の記載において説明される。そこにおいて、同じ参照番号は、同一又は類似であるか、機能的に同一の構成要素に関連する。

図１〜３に示すように、例えば自動車に配置される内燃機関は、エンジンブロック２と、新鮮ガスライン３と、排気ガスライン４と、換気装置５とを備える。ここで、エンジンブロック２は、クランク機構７が収容されるクランクケース６と、内燃機関１のピストン１０を内部に変位可能に有するシリンダ９が配置されるシリンダヘッド８と、シリンダヘッドカバー１１と、オイルパン１２とを備える。

新鮮ガスライン３は、それぞれ内燃機関１又はエンジンブロック２に新鮮ガス、特に空気を供給する役割を果たし、空気浄化フィルタ１３と、その下流の風量計１４とを備える。ここで示した好ましい実施例において、新鮮ガスライン３には、さらに、新鮮ガスを増加した圧力レベルで導入する充填装置１５が配置される。図示した実施例において、充填装置１５は、排気ガス過給機１６の圧縮器と、排気ガスライン４に配置されて共通シャフト１８によって圧縮器１５を駆動するタービン１７とに関わる。任意には、新鮮ガスライン３の充填装置１５の下流に、充填空気冷却器１９が配置され得る。主に、新鮮ガスライン３は、例えば絞り弁である絞り装置２０を備え、この絞り装置２０は、好ましくは充填装置１５の下流に、可能ならば充填空気冷却器１９の下流に配置される。

排気ガスライン４は、燃焼排気ガスを内燃機関１のエンジンブロック２から排出するための典型的手段としての役割を果たす。任意選択で、内燃機関１は、内燃機関１の排気ガス側の排気ガスを、例えば排気ガスライン４に配置される排出ポイント２２から排出し、内燃機関１の新鮮ガス側の排気ガス再循環装置ライン２３によって、例えば新鮮ガスライン３に配列される入口ポイント２４によって、排気ガスを再循環させる、排気ガス再循環装置装置２１を備えることができる。この排気ガス再循環装置ライン２３において、排気ガス再循環装置冷却器２５を配置できる。

換気装置５は、クランクケース６の換気機能を果たし、換気ライン２６及び換気ライン２７を含む。換気ライン２６は、クランクケース６の入力側に接続されて、新鮮ガスライン３の出力側に接続される。それとは対照的に、換気ライン２７は、新鮮ガスライン３の入力側に接続され、クランクケース６の出力側に接続される。

さらなる換気装置５は、換気ライン２６の中に配置される分離器２８を備えている。分離器２８は、好ましくは、例えばサイクロン分離器のような受動的な慣性機能分離器である。分離器２８は、換気ライン２６の中で移送されるガスから、汚染物質、好ましくはオイル及びオイルミストを除去する役割を果たす。分離器２８において分離された汚染物質は、再循環ライン２９によって、例えばオイルパン１２に再循環できる。さらにまた、換気装置５は、クランクケース６から取り出し可能なガス量を制御可能に構成された圧力弁３０を有する。概して、圧力弁３０は受動的に作動し、このように、圧力弁３０に対して適用される気圧差に依存している。

示された例示的実施形態において、換気ライン２６は、２つの再循環分岐によって、すなわち第１の再循環分岐３１及び第２の再循環分岐３２によって、圧力弁３０から分岐する。第１の再循環分岐３１は、新鮮ガスライン３の充填装置１５の下流に接続される。対応する第１の入口位置には、３３が付される。ここで、換気装置５の第１の入口ポイント３３は、新鮮ガスライン３の絞り装置２０の下流に配置される。それとは対照的に、第２の再循環分岐３２は、新鮮ガスライン３の充填装置１５の上流に接続される。好ましくは、対応する第２の入口ポイント３４は、線路損失を減らすために、充填装置１５の入口の相対的に近くに位置付けされる。いずれにせよ、換気装置５の第２の入口ポイント３４は、風量計１４の下流かつ空気浄化フィルタ１３の下流に位置付けされる。第１の再循環分岐３１と第２の再循環分岐３２とは、それぞれ好ましくは、新鮮ガスライン３へ開き、クランクケース６の方へ閉じるチェックバルブ３５を備える。

このように、換気ライン２７は、クランクケース６に新鮮ガスを取り入れるためのクランクケース６の換気装置としての役割を果たす。そして、この新鮮ガスは、このために新鮮ガスライン３から取り入れられる。このことのために、抽出ポイント３６は、第２の入口ポイント３４の上流かつ風量計１４の上流に位置付けられる。抽出ポイント３６は、空気浄化フィルタ１３の下流に位置付けられるのが有利である。本発明によれば、換気装置５は、換気ライン２７がロックされ得る、換気ライン２７のためのロック装置３７を備えている。ロック装置３７は、それが開位置、閉位置又はロック位置の間で切り替え可能に設けられる。安価な設計を実現するために、特に調節可能な中間の位置は、設けられない。図１〜３に示すように、このロック装置３７は、例えば、適切な方法で作動できるロック弁３８であり得る。このために、このロック弁３８は、換気ライン２７の中に配置される。

換気ライン２７が、ロック装置３７を回避する絞りバイパス３９を備えると有利である。示された実施例において、絞りバイパス３９は、ロック弁３８を迂回する。このように、ロック装置３７のロック位置で、又は、ロック弁３８のロック位置で、それぞれ新鮮ガスが絞られ、このように減少した量ではあるが、換気ライン２７を介してまだクランクケース６に入り込むことができることが確実にされる。このバイパス３９は、クランクケース６の中で高い負圧化生成を打ち消す役割を果たす。それぞれロック装置３７又はロック弁３８の有利な実施形態において、上記バイパス３９は、それぞれロック装置３７に又はロック弁３８に組み込まれ得る。したがって、バイパス３９及びロック装置３７又はロック弁３８からなる組立体は、それぞれ図１〜３において、４０が付される。

換気ライン２７は、絞られると有利である。これによって、クランクケース６の中の負圧化の組織的保守が成し遂げられ得る。示された実施例において、換気ライン２７の絞りは、絞り装置４１により実現される。

任意選択で、換気ライン２７は、クランクケース６の方へ開き、反対方向の新鮮ガスライン３の方へロックするチェックバルブを備えていてもよい。

図１〜３に図示した実施例の換気装置５は、以下の通りに作動する。

内燃機関１の部分的負荷動作において、図１で示すクランクケース６の換気のための構成が作動する。すなわち、部分的負荷では、ロック装置３７がその開位置にある、すなわち、換気機能が作動する。部分的負荷で、第１の再循環分岐３１は作動し、第２の再循環分岐３２は停止する。これは、絞り装置２０の下流の著しくより高い負圧化により制御される。矢印４２は、ガス量を意味し、それは部分的負荷で、クランクケース６から換気ライン２６及びその第１の再循環分岐３１を介して抽出され、そして、それは新鮮ガスライン３の充填装置１５の下流かつ絞り装置２０の下流に入れられる。このガス量４２は、矢４３により示され、部分的負荷でクランクケース６流れ込むブローバイガス量よりもかなり多い。排出されたガス量４２とブローバイガス量４３との違いは換気量４４、ここでは新鮮ガス量４４（換気ライン２７を介して新鮮ガスライン３から取り出されてクランクケース６に供給される）によって決められる。部分的負荷動作で、比較的高い負圧化が、絞り装置２０の下流に存在し、それによって、比較的高いガス量４２をクランクケース６から抽出することが可能である。生じるブローバイガス量４３は、内燃機関１の作動状態に依存し、換気としての役割を果たす新鮮ガス量４４は、開かれたロック装置３７により自動的にそれ自体を適応させる。図１による部分的負荷動作で、換気量４２は、それゆえに、ブローバイガス量４３と換気量４４との合計に等しくなる。

図２は、内燃機関１の全荷重における、内燃機関１又は換気装置５をそれぞれ示す。全荷重では、第１の再循環分岐３１が停止すると共に、第２の再循環分岐３２が作動する。第１の再循環分岐３１の停止は、その中に配置されるチェックバルブ３５により、そして、全荷重での充填装置１５の下流及び絞り装置２０の下流で発生する正圧により行われる。

ここで全荷重で、換気装置５は、ガス量４５（全荷重でクランクケース６に入っているブローバイガス量４６とほぼ同じ）を換気ライン２６及び第２の再循環分岐３２を経てクランクケース６から抽出できる。換気量４５は、クランクケース６の中で過圧を防止することを可能とするために、ブローバイガス量４６よりもわずかに多いと有利である。全荷重では、クランクケース６から排出される換気量４５は、クランクケース６に入り込むブローバイガス量４６と実質的に同様であるため、換気ライン２７は、全荷重で実質的に停止している。しかしながら、このために、ロック装置３７は、そのロック位置に切り替えられる必要はない。図２によれば、換気量４５は、ブローバイガス量４６とほぼ同一である。好ましくは、部分的負荷動作において、部分的負荷で成し遂げられる換気量４２が、全荷重で達成される図２によるブローバイガス量４６とほぼ同一であるように、圧力弁３０が構成される。

次いで図３は、内燃機関１のアイドリング動作の間に起きる型を示す。第２の入口ポイント３４と比較した第１の入口ポイント３３におけるアイドリング動作中のより高い負圧化の量のため、再び第２の再循環分岐３２が停止すると共に、第１の再循環分岐３１が作動中となる。換気機能は停止する。これのために、実質的に新鮮ガスが換気ライン２７を介してクランクケース６に供給されることができないように、ロック装置３７はそのロック位置に切り替えられる。しかしながら、必要であれば、バイパス３９は、クランクケース６に絞られた新鮮ガスの排出を許容する。この潜在的に流れる絞られた新鮮ガス量は、図３において、破線の矢印４７によって示される。換気ライン２６及びその第１の再循環分岐３１を介してクランクケース６から排出されるガス量は、図３において、４８が付されている。アイドリング動作の間にクランクケース６に流入するブローバイガス量は、図３において、４９が付されている。ここで、圧力弁３０は、部分的負荷での換気量４８が、部分的負荷で発生するブローバイガス量４９とほぼ一致する体積に設定するように設計されると有利である。これは、部分的負荷で、比較的小さいガス量だけが換気装置５を介して新鮮ガスライン３に入ることを意味する。このように、内燃機関１に供給される全ガス量に対する抽出量４８の割合が比較的少ないので、内燃機関１の制御システム上の抽出量４８の影響を削減できる。それゆえに、図３によるアイドリング動作において、換気量４８は、実質的にブローバイガス量４９と同一になる。

以下に、ロック装置３７の複数の異なる実施例が、図４〜８に関してさらに詳細に記載されている。これについて、個々の実施形態は、概略図で、全く概念の限定なしに、かつ限定的ではない例示である。

図４によれば、ロック装置３７は、ロック弁３８により構成されることができ、その作動のためのアクチュエータ５０で駆動接続され得る。例えば、アクチュエータ５０が、電気的なアクチュエータ５１で、図示しない制御装置に接続されている。そこで、制御装置は、内燃機関１のそれぞれの負荷状態を検知している。例えば、制御装置は、内燃機関１を操作するエンジン制御装置である。図４（ａ）が開位置を示し、図４（ｂ）が閉位置を示す。

図５に示す実施例において、ここでもまた空気圧アクチュエータ５２によって実現されるアクチュエータ５０が設けられている。両端矢印５３により示されるように、空気圧アクチュエータ５２は負圧源に接続され、この負圧源は、アイドル状態に達すると即座に負圧化を生成する。そこにおいて、負圧化は、図５（ａ）に示される開位置から、図５（ｂ）に示される閉位置まで、バルブ部材５４を切り替えるのに十分である。ここで、バルブ部材５４は、例示的にスライド弁として設計される。特に、空気圧アクチュエータ５２は、新鮮ガスライン３、特に第１の入口ポイント３３への操作接続５３を経て、絞り装置２０の下流に接続され得る。

図６に図示した実施例において、換気ライン２７は、特に、入力側で新鮮ガスライン３の絞り装置２０であり得るフラップ５５と相互に作用する。図６（ａ）に示される開位置において、換気量４４が吸い込まれることができるように、換気ライン２７の入口は全開である。図６（ｂ）において、ロック装置３７のロック位置が示されている。換気ライン２７が、フラップ５５によって閉じられることを明らかに認識できる。バイパス３９を構成する制御された漏出によって、絞り換気量４７だけが吸い込まれることができる。

図７に図示した実施例において、ロック装置３７又はロック弁３８は、それぞれロータリ弁５６によって実現され、図７（ａ）に示す開位置において、絞りなし通路が作動し、図７（ｂ）に示すロック位置において、ロータリ弁５６が絞り通路、つまりバイパス３９を作動させる。ロータリ弁５６は、例えば、好ましくは絞りフラップとして設計される絞り装置２０と駆動結合されることができ、それによって、内燃機関１の負荷状態に依存するロータリ弁５６の変位を達成できる。

図８に図示した実施例において、ロック装置３７又はロック弁３８は、それぞれ、回動軸５８について位置変更可能に回動される回動スライド弁５７を有する。この回動スライド弁５７に、絞りバイパス３９としての機能を果たす貫通孔を形成できる。回動スライド弁５７は、例えば、可変弁駆動装置の一部でありえる構成要素５９を有する伝動装置によって駆動接続され、その他は図示していない。この種の可変弁駆動装置は、負荷に依存して作動する。したがって、上記構成要素５９は、負荷状態に応じて回動スライド弁５７を作動させるアクチュエータ５０としての役割を果たす。図８（ａ）に示される開位置において、換気ライン２７は全開である。図８（ｂ）に示されるロック位置において、回動スライド弁５７は、換気ライン２７の横断面へ完全に回動される。好ましくは、バイパス３９を形成する貫通孔が換気ライン２７の横断面の中に位置付けされるように、回動スライド弁５７のために、このロック位置が選択される。

Claims

特に自動車の内燃機関（１）のクランクケース（６）を換気する換気装置において、
取付状態で、入力側で内燃機関（１）のクランクケース（６）に接続され、出力側で該内燃機関（１）に新鮮ガスを供給している新鮮ガスライン（３）に接続される換気ライン（２６）と、
取付状態で、入力側で上記新鮮ガスライン（３）に接続され、出力側で上記クランクケース（６）に接続される換気ライン（２７）と、
上記クランクケース（６）から排出されるガスから汚染物質を取り除くために、上記換気ライン（２６）の中に配置される分離器（２８）と、
上記クランクケース（６）から排出されるガス量を制御するために上記換気ライン（２６）の中に配置される圧力弁（３０）と、
上記換気ライン（２７）をロックするためのロック装置（３７）とを備える
ことを特徴とする換気装置。
請求項１に記載の換気装置において、
上記ロック装置（３７）は、上記換気ライン（２７）の中に配置されるロック弁（３８）で構成される
ことを特徴とする換気装置。
請求項１又は請求項２に記載の換気装置において、
上記ロック装置（３７）又は上記ロック弁（３８）を迂回するために、絞りバイパス（３９）が設けられる
ことを特徴とする換気装置。
請求項３に記載の換気装置、
上記バイパス（３９）は、上記ロック装置（３７）に、又は上記ロック弁（３８）に組み込まれる
ことを特徴とする換気装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の換気装置において、
上記ロック装置（３７）は、その作動のために、上記内燃機関（１）の負荷状態に応じて作動するアクチュエータ（５０）で駆動接続されている
ことを特徴とする換気装置。
請求項５に記載の換気装置において、
上記アクチュエータ（５０）は、
負荷状態を検知する制御装置と接続された電気アクチュエータ（５１）と、
新鮮ガスライン（３）と接続された空気圧アクチュエータ（５２）と、
新鮮ガスライン（３）の中に配置される絞り装置（２０，５５）と、
内燃機関（１）の可変弁駆動装置の構成要素（５９）との群から選択された１つである
ことを特徴とする換気装置。
請求項１〜６のいずれか１つに記載の換気装置において、
上記新鮮ガスライン（３）の中に、充填装置（１５）が新鮮ガスの圧力増加のために配置され、
上記換気ライン（２６）は、出力側に、上記新鮮ガスライン（３）へ向かう上記充填装置（１５）の下流に接続される第１の再循環分岐（３１）を有し、
上記換気ライン（２６）は、出力側に、上記新鮮ガスライン（３）へ向かう上記充填装置（１５）の上流に接続される第２の再循環分岐（３２）を有する
ことを特徴とする換気装置。
請求項１〜７のいずれか１つに記載の換気装置において、
上記換気ライン（２７）は、絞られ、又は、絞り装置（４１）を含む
ことを特徴とする換気装置。
特に自動車における内燃機関（１）のクランクケース（６）を換気するための換気装置（５）を作動させる方法であって、
上記換気装置（５）は、入力側でクランクケース（６）へ、出力側で上記内燃機関（１）に新鮮ガスを供給している新鮮ガスライン（３）への接続される換気ライン（２６）を有し、
入力側で上記新鮮ガスライン（３）へ、出力側で上記クランクケース（６）へ接続される換気ライン（２７）を有し、
上記内燃機関（１）の部分的負荷で、より多くのガスが、上記クランクケース（６）に入るブローバイガスとしてクランクケース（６）から上記換気ライン（２６）を介して排出され、
上記排出されたガスは、上記換気ライン（２７）を介して上記クランクケース（６）に供給され、
上記内燃機関（１）のアイドリングで、上記換気ライン（２６）を介して上記クランクケース（６）から排出されるガスの量は、上記クランクケース（６）に入り込むブローバイガスとほぼ同じになる
ことを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法において、
上記換気ライン（２６）を経由して上記クランクケース（６）から排出されるガス量を、上記クランクケース（６）に入るブローバイガス量まで減少させるように、上記換気ライン（２７）がロックされる
ことを特徴とする方法。
請求項９又は請求項１０に記載の方法において、
上記内燃機関（１）の全荷重で、上記クランクケース（６）に入り込むブローバイガスとほぼ同一量のガスが、クランクケース（６）から上記換気ライン（２６）を介して排出される
ことを特徴とする方法。
請求項９〜１１のいずれか１つに記載の方法において、
上記クランクケース（６）から上記換気ライン（２６）を介して部分的負荷で排出されるガス量は、上記内燃機関（１）の全荷重で上記クランクケース（６）に入るブローバイガス量とほぼ一致する
ことを特徴とする方法。