JP4033633B2 - クランクケース通気ガスを脱油する方法とその方法を実施するための装置 - Google Patents

クランクケース通気ガスを脱油する方法とその方法を実施するための装置 Download PDF

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Description

【0001】
本発明は、請求項1の前提部に記載のクランクケース通気ガスを脱油する方法と、請求項2の前提部に記載の前記方法を実施するための装置とに関する。
【0002】
上記方法及びその関連装置は、複数の用途の実経験から知られている。クランクケース通気ガスを脱油するための公知の分離部材は、たいていの場合サイクロンであり、これらは、二つの決定的な作動値、即ち、分離効率と、流動クランクケース通気ガス、所謂ブローバイガス、の体積流に基づく差圧、を有する。運転状態に応じて、サイクロンの分離効率と、更に、その差圧とが、内燃機関の必要条件に対して最適調整されるように、体積流範囲が発生する。
【0003】
ここで、クランクケース通気ガスの体積流は、関連する内燃機関の負荷状態や回転数、及びその摩耗状態等の作動値に依存する。内燃機関を作動させるとき、サイクロンの最適作動状態は非常に小さな範囲に於いての満たされるものである為、これらの値から、一つのサイクロンによってはカバーすることが出来ないような大きな体積流範囲が発生する。他の範囲に於いては、たとえば、小さな体積流での分離効率が、必要なレベル以下になったり、或いは、大きな体積流の場合に、それによって発生する差圧が許容値を超えることがある。
【0004】
従って、本発明の課題は、内燃機関のすべての作動状態に於いて最適範囲で作動する、クランクケース通気ガスを脱油するための方法とそれに関連する装置とを提供することにある。
【0005】
上記課題は、請求項1の特徴構成を備えた一般的方法と、請求項2の特徴構成、或いは代替構成として、請求項3の特徴構成、そして、更に別の代替構成として請求項5又は6の特徴構成を備えた装置によって達成される。
【0006】
本発明の前記方法は、前記クランクケース通気ガスの体積流が、少なくとも二つの部分体積流に分割され、少なくとも一つの部分体積流が、少なくともとも一つのオイル分離部材としてのサイクロンを通して案内され、前記少なくとも二つの部分体積流の大きさが、前記体積流の大きさに応じて制御されることを特徴とする。ここで、好ましくは、小さな体積流の場合には、それに応じて一つのサイクロンのみが使用され、大きな体積流の場合には、前記少なくとも二つのサイクロンが使用される。もちろん、三つ又は四つ又はそれ以上のサイクロンを使用し、そのそれぞれを、供給される体積流からオイルが最適に除去されるように制御することも可能である。
【0007】
このような構成の利点は、分離効率と差圧とが常に最適状態に保たれ、それがたとえ内燃機関の押し作動および/又は極度の摩耗等の極端な作動状態においてさえ達成されるということにある。
【0008】
本発明の前記方法を実施するための装置として複数の装置が記載されるが、第1の実施例に於いて、少なくとも二つのサイクロンが、上流側に一つの共通の制御部材を備えて並列に配置され、前記制御部材は、クランクケース通気ガスの体積流を、その大きさに応じて、少なくとも二つの部分体積流に分割し、これら部分体積流を前記少なくとも二つのオイル分離装置に案内する。この解決構成の利点は、制御部材が一つしかないことによって構造が比較的単純であることにある。
【0009】
別実施例に依れば、少なくとも二つのサイクロンが、そのそれぞれが一つの制御部材を備えて並列に配置され、前記制御部材は、供給部分体積流の大きに応じて、下流側に配設されたサイクロンへの部分体積流の大きさを制御、即ち、これを開放又は閉鎖、或いは、一部開放する。この実施例に於いては、各サイクロンに対して一つの制御部材が必要であるが、このサイクロンは、それによって受けられる部分体積流の大きさが小さい為、上記第1実施例と比較して、小さくなる。
【0010】
後者の実施例に於いて、好ましくは、前記他の制御部材の上流側に一つの追加の共通制御部材が設けられ、この共通制御部材は、クランクケース通気ガスの体積流を、その大きさに応じて、多数の部分体積流に分割する。ここで、前記共通制御部材は、その下流側に配設された複数の制御部材に対して、共通制御部材からの制御命令、具体的には、開閉のための制御信号が、下流側に配置された複数の制御部材に伝送されるように、適当な方法、たとえば、電気制御信号ライン、等によって接続されている。
【0011】
更に別の構成に於いて、少なくとも二つのサイクロンが並列に設けられ、これら部材のそれぞれに、部分体積流が流され、ここで、その大きさは、一つのサイクロンと関連付けられるとともに、流方向に於いてこのサイクロンに対して並列に配置された制御部材によって制御可能である。この構成に於いて、前記制御部材の数は、サイクロンの数と等しいが、これらのサイクロンには、部分体積流の全部が流されないので、多くの場合、構造を小さくすることが可能となる。
【0012】
更に別の構成に於いて、少なくとも二つのサイクロンが、それぞれその上流側に一つの制御部材を備えて直列に配置され、前記各制御部材は、供給体積流の大きさに応じて、この流れを少なくとも二つの部分体積流に分割し、その内の一方が下流側に配設されたサイクロンの手前の制御部材に流され、これに対して他方の部分体積流は、その制御部材の下流側に配置された前記サイクロンをバイパスするバイパスラインを通して流される。この構成に依れば、非常に大きな体積流は、それが或る種の作動条件に於いて許容可能なものである場合、又は必要な場合には、サイクロンをバイパスさせることが可能である。
【0013】
前記装置の上記実施例の全部に於いて、その第1の単純な構成では、前記制御部材は、体積流によって直接的に又はこの流れによる力によって作動可能な受動部材とすることができる。これにより、一方では、単純で安価な構成が達成され、他方では、作動中の高い信頼性が達成される。
【0014】
或いは、前記制御部材は、体積流の測定から得られる制御信号に基づいて作動可能な能動部材とすることができる。この実施例の場合、いくぶんより高度な技術が必要となるが、より高い精度の制御と、たとえば、制御特性に対してより強力な制御とが可能となる。
【0015】
上述した体積流の測定に関して、前記装置の第1の別発展構成に依れば、体積流を測定するための測定装置が、電流が流される熱線から構成されるとともに、前記制御部材は電気的に作動可能とされる。この構成の利点は、体積流の測定と制御部材の作動とが電気的に達成されることによって、測定信号の制御信号としての単純な伝送が純粋に電気的に可能となることにある。
【0016】
別実施例に依れば、前記体積流を測定するための測定装置が、ベンチュリ圧センサから構成されるとともに、前記制御部材は、機械的に、好ましくは、この制御部材のタペットに作用するダイアフラムによって作動可能とされる。この実施例の利点は、制御部材の作動が純粋に機械的に達成されることから、機械的な測定値の電気信号への変換、又はその逆の電気信号から機械的制御値への変換が不要となることにある。
【0017】
前記装置をコンパクトで単純、かつ、取り付けが容易なものとするために、好ましくは、前記制御部材は、対応のサイクロンのガス入口に直接に配置されるとともに、前記制御部材によって、前記サイクロンの入口断面が、開放位置と閉鎖位置との間に於いて、好ましくは連続的に、或いは、複数の段階で可変とされる。
【0018】
同じ作用効果を奏する装置の別実施例に依れば、前記制御部材は、対応のサイクロンのガス出口に直接に配置されるとともに、前記制御部材によって、前記サイクロンのガス出口断面が、開放位置と閉鎖位置との間に於いて、好ましくは連続的に、或いは、複数の段階で可変とされる。
【0019】
最後に記載した装置の実施例に於いて、ガス出口が閉じられたときに、清浄済みガスが不必要にサイクロンのオイル出口から漏出することを避ける為に、対応のサイクロンのガス出口に直接に配設された前記制御部材に加えて、追加の制御部材が設けられ、この追加制御部材によって、前記サイクロンのガス出口断面が、開放位置と閉鎖位置との間に於いて、好ましくは連続的に、或いは、複数の段階で可変とされ、かつ、これら制御部材と追加制御部材とが、互いに接続されるとともに、共通に調整可能とされる。この制御部材と追加制御部材との接続によって、ガス出口が開放されているときにのみオイル出口が開放され、ガス出口が閉じられているときにはオイル出口も閉鎖されていることを確実にすることができる。
【0020】
前記制御部材と追加制御部材との接続装置の一具体的実施例に於いて、これら制御部材及び追加制御部材は、それぞれ、重力又はバネ力によって閉鎖方向に付勢されたバルブボールから構成され、前記制御部材のバルブボールは、前記追加制御部材のバルブボールよりも大きな直径を有するものとされ、これら二つのバルブボールが共通調整用に接続部材によって互いに接続されることが提案される。これにより、両バルブボールの共通の同じ移動と、それによる、制御部材と追加制御部材との連動調整とが保証される。その最も単純な実施例に於いて、前記接続部材は、前記二つのバルブボールを、これら二つのバルブボールを備える非対称ダンベル状に接続する細い軽量のロッドとして構成される。
【0021】
図1を参照すると、クランクケース通気ガスの体積流2は、矢印の方向に共通の制御部材3’へと流れ、この制御部材は、この体積流2を四つの部分体積流21,22,23,24に分割し、これらのそれぞれが一つのオイル分離部材としてのサイクロン1を通過し、その後、それぞれ対応のライン構造によって、再合流されて脱油済み体積流2となり、これが公知の方法で、たとえば、関連の内燃機関の吸気路へと、図1に於いて右側へ案内される。この到達体積流2の現在の大きさに応じて、上記四つのサイクロンのいくつかが使用される。もちろん、前記部分体積流21乃至24は、必ずしも互いに同じでものである必要はないが、それらは、関連する内燃機関の或る種の運転条件に於いては、同じであってもよい。
【0022】
図2に於いて、前記体積流2は、分岐ラインによって四つの部分体積流21乃至24に分割され、各部分体積流はそれぞれ一つの制御部材3とそれに続いてサイクロン1とを通過し、その後、四つの脱油済み部分体積流21乃至24は再合流される。
【0023】
図3に於いて、前記体積流2は、ここでも、四つの部分体積流21乃至24に分割され、その後、各部分体積流21乃至24は、二つの流れで互いに並列に配置された一対のサイクロン1と、制御部材3とを通過し、その後、四つの脱油済み部分体積流21乃至24は再合流されて、一つの共通の脱油済み体積流2となる。
【0024】
図4に於いて、前記体積流2は、先ず、全体で、一つの共通の第1制御部材3’を通過し、その通過後、それは四つの部分体積流21乃至24に分割され、その後、各部分体積流は、制御部材3とそれに続いてサイクロン1とを通過し、その後、四つの部分体積流は再合流されて一つの共通の脱油済み体積流2となる。図4に於いて、信号伝送手段5、たとえば電気制御信号ラインが、前記共通第1制御部材3’と前記四つの制御部材3との間の破線によって示され、これらのラインは制御信号を伝送する。ここに図示されているように、前記共通制御部材3’は、信号伝送手段5によってその下流側に配置された各制御部材3に接続されている。
【0025】
図5は、前記共通体積流2が先ず、制御部材3へと案内され、その後、二つの部分体積流に分割される実施例を図示している。図5中の一方の部分体積流は、下方に流れ、その後バイパスライン4を通って右側に流れ、サイクロンを通過しない。他方の部分体積流は、サイクロン1を通過し、更に下流側の制御部材3を通過し、その後前記第1工程と同様に分割される。即ち、第1の部分体積流は前記バイパスライン4に流入し、他方の部分体積流はサイクロン1を通過して、そこから更に第3の制御部材3へと流れる。この場合に於いても、前記バイパスライン4に流入する一つの部分体積流と、前記バイパスライン4を既に通過した前記部分体積流も含む前記体積流2を受け入れる共通のラインへ流入する前に、前記第3のサイクロン1を通過する別の部分体積流との分割がある。
【0026】
図6の略図に於いて、オイル分離部材としての二つのサイクロンが、並列配置されるとともに、一つの制御部材3が設けられた装置の実施例が図示されている。体積流2は、未清浄側、たとえば、図示されない、内燃機関のクランクケースから、油滴を含むクランクケース通気ガスとして導入される。この体積流2は、二つの部分体積流21,22に分割される。第1の分割流21は、図6の上側に図示されている第1サイクロン1のガス入口11へと案内される。このサイクロン1の内部に於いて、清浄ガスとオイルとの分離が公知の方法で行われ、清浄ガスはサイクロン1の上方からガス出口12を通って出る。これに対して、分離されたオイルは、下方に設けられたオイル出口13を通って流れる。
【0027】
前記第1サイクロン1には制御部材は設けられていないので、このサイクロン1には、関連する内燃機関の作動中に於いて、ガスが連続的に通過する。
【0028】
第2のサイクロン1には、前記クランクケース通気ガスの第2部分体積流22が導入される。このサイクロン1には、その上流側に制御部材3が設けられており、この制御部材は、この場合、閉鎖方向に付勢されたボールバルブ31によって構成されている。閉鎖方向への付勢力に依り、前記制御部材3は、少量の体積流2の場合は閉じられ、体積流2、この場合には部分体積流22、が大きく増大した場合にのみ、その増大した体積流のために、たとえばこの部分体積流22によってバルブボールに作用する力によって、前記バルブ31は開放される。図6に於いて下側に図示された前記制御部材3が第2サイクロン1を開放するやいなや、これに、前記第1サイクロン1と平行に、前記クランクケース通気ガスの部分体積流が流れる。この構成により、前記装置は、大量の体積流のみならず少量の体積流でも、前記サイクロン1の好適な分離範囲に於いて作動する。
【0029】
前記第2サイクロン1に於いても、前記清浄対象ガスは、ガス入口11を通ってこのサイクロン1に入る。清浄済みガスは、ガス出口12を通って第2サイクロンから上方に出て、その後、それは、好ましくは、前記第1の上側サイクロン1からの分離オイルと共に、内燃機関のオイルサンプに戻されるべく案内される。
【0030】
前記二つのサイクロン1の後、前記両部分体積流21,22は、再合流されて一つの共通の清浄済み体積流2となって、好ましくは、関連の内燃機関の吸気路へと案内される。
【0031】
図示されない実施例に於いて、前記サイクロン1のオイル出口13は、前記オイル出口13の直後に配設された一つの共通のオイル収集容器内に開口している。ここで、前記オイル収集容器は、所謂チェックバルブであるバルブを介して、クランクケースに接続されている。この構成により、前記サイクロンのオイル出口13が、クランクケースの圧力を受けることが回避される。収集されたオイルを排出するには、前記チェックバルブを一時的に開放し、これによってオイルをクランクケースに流入させることができる。前記チェックバルブは、サイフォンとして構成することも可能である。そのガス入口又はガス出口が前記制御部材3によって閉じられたときのサイクロン1のオイル出口13からの不要なガス流を避けるために、このオイル出口13は、該オイル出口13を前記オイル収集容器に対して、それぞれ、開閉可能な追加制御部材3”を有する。
【0032】
図示されない更に別の実施例に於いて、互いに並列に配置された少なくとも二つのサイクロン1のオイル出口13は、チェックバルブを介して前記クランクケースに接続された専用のオイル収集容器に開口している。この場合、前記両チェックバルブは、上述した前記追加制御部材3”の作用も有する。
【0033】
図7には、上流側に配設されたバルブ31として構成された制御部材3を備えるサイクロン1の実施例の断面図が示されている。この構成の前記バルブ31は、サイクロン1のガス入口に向かう前記部分体積流22の進路中に配設されたパイプ接続部材内に、事前に形成されたプレハブユニットとして取り付けられている。このプレハブユニットは、押し込みによって組み込まれる。バネによって、バルブ板が閉鎖方向に付勢されている。このバルブ板は、前記部分体積流22が十分大きくなるやいなや、前記バネの力に抗して、この部分体積流22によってバルブシートから持ち上げることができ、これにより、部分体積流22は、制御部材3を通過してサイクロン1のガス入口11に至り、その後、サイクロン1を通過する。ここで、サイクロン1の中心部に、前記ガス出口12の一部が図示されている。
【0034】
最後に図8は、オイル分離部材としてのサイクロン1の一例を図示し、ここでは、前記ガス出口12の制御部材が、前記オイル出口13の追加制御部材3”と共に設けられている。清浄対象ガスは、サイクロン1の左上側に設けられたガス入口11を通ってサイクロン1内に流入し、該サイクロンによる旋回流を受ける。遠心力によって、油滴がサイクロン1の内面に浸漬し、オイル出口13に向けて流下する。油滴を除去された清浄済みガスは、サイクロン1の中央に於いて、ガス出口12に向かう方向に於いて中央の浸漬パイプ12’を介して上方に流れる。
【0035】
この場合、前記ガス出口12の制御部材は、環状バルブシートとして形成された前記浸漬パイプ12’の上端部に載置されるバルブボール32として構成されている。前記オイル出口13の真上の領域に於いて、第2のバルブボール33が設けられ、これは、図8に図示されているように、その下方位置に於いてオイル出口13を閉じる。前記制御部材3のバルブボール32と、前記追加制御部材3”のバルブボール33とは、これらボールがそれぞれ共通の垂直方向移動するように、直線状で、細く軽量なロッドである接続部材34によって互いに接続されている。
【0036】
前記二つのバルブボール32,33がその閉じ位置にある図示されている状態に於いて、サイクロン1にはガス流は通過しない。
【0037】
十分に大きな体積流がサイクロン1のにガス入口11に到達するやいなや、それによって発生する、サイクロン1の内部とバルブボール32の上方のガス出口12の領域との間の差圧によって、前記バルブボール32は持ち上げられる。これにより、ガス出口12が開放されて清浄済みガスを流す。このバルブボール32の上方移動に伴い、下側バルブボール33も同じ距離上方移動し、これにより、サイクロン1の下端部に設けられたオイル出口13も開放される。そして、分離オイルはこのオイル出口13を通って流下することができる。
【0038】
前記両バルブボール32、33を持ち上げるために必要な前記差圧を得るために、上方バルブボール32は、下方バルブボール33よりも大径に構成されている。サイクロンの内部と、両バルブボール32,33の外側のサイクロンの領域との間の等しい差圧により、常に上向きの力が発生して、制御部材3及び3”を開放する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例
【図2】第2実施例
【図3】第3実施例
【図4】第4実施例
【図5】それぞれがブロック図形状の本発明の装置の第5実施例
【図6】並列配置されたオイル分離部材としての二つのサイクロンと、一つ制御部材とを備える装置の実施例の略図
【図7】図6の装置の一部としての上流側に配置された制御部材を備えるサイクロンの断面図
【図8】前記装置の一部であるサイクロンの長手方向断面図

Claims (16)

  1. 内燃機関のクランクケース通気ガスを脱油する方法であって、前記クランクケース通気ガスが、オイル分離部材としてのサイクロンを通過して、ガス流中に含まれる油滴がそのサイクロン中で分離されるものに於いて、
    前記クランクケース通気ガスの体積流(2)が、少なくとも二つの部分体積流(21,22,23,24)に分割され、少なくとも一つの部分体積流が、少なくとも一つのサイクロンを通過するべく案内され、前記少なくとも二つの部分体積流(21乃至24)の大きさが、前記クランクケース通気ガスの体積流(2)の大きさに応じて前記サイクロンの体積流範囲に制御されることを特徴とする方法。
  2. 請求項1に記載の方法を実施するための装置であって、内燃機関のクランクケース通気ガスによって通過されるオイル分離部材としてのサイクロン(1)を備えるものに於いて、
    並列に配置された少なくとも二つのサイクロン(1)が、そのサイクロンの上流側に配置された一つの共通制御部材(3’)を備え、その共通制御部材が、前記クランクケース通気ガスの体積流(2)を、その大きさに応じて、少なくとも二つの部分体積流(21乃至24)に分割し、これらの部分体積流が、前記少なくとも二つのサイクロン(1)に供給されることを特徴とする装置。
  3. 請求項2に記載の装置であって、少なくとも二つのサイクロン(1)が、その各サイクロンの上流側に設けられた一つの制御部材(3)をそれぞれ備えて並列配置され、前記各制御部材が、その下流側に配置されたサイクロンへの部分体積流の大きさを、該制御部材へ案内される前記部分体積流(21乃至24)の大きさに応じて制御することを特徴とする装置。
  4. 請求項3に記載の装置であって、前記少なくとも二つの制御部材(3)の上流側に、更に別の一つの共通制御部材(3’)が設けられ、その共通制御部材が、前記クランクケース通気ガスの体積流(2)を、その大きさに応じて、少なくとも二つの部分体積流(21乃至24)に分割し、これら部分体積流を、前記少なくとも二つの下流側に配置された制御部材(3)に案内し、前記共通制御部材(3’)の制御命令がその下流側に配置された記制御部材(3)に供給可能であることを特徴とする装置。
  5. 請求項2に記載の装置であって、少なくとも二つのサイクロン(1)が並列に設けれ、これらのそれぞれに部分体積流(21乃至24)が流れ、その大きさが、前記サイクロン(1)に関連付けられた制御部材(3)によって制御され、前記制御部材(3)が、流れ方向に於いて前記サイクロン(1)に対して並列に配置されていることを特徴とする装置。
  6. 請求項2に記載の装置であって、少なくとも二つのサイクロン(1)が、その各サイクロンの上流側に配設された一つの制御部材(3)をそれぞれ備えて直列に設けられ、前記各制御部材(3)が、それに到達する体積流の大きさに応じて、それに対して案内された体積流を二つの部分体積流に分割し、これら部分体積流の一方が、下流側に配設された前記サイクロン(1)の前方の前記制御部材(3)へ流れ、他方の部分体積流が、その制御部材の下流側に配置された前記サイクロン(1)をバイパスするバイパスライン(4)に流入することを特徴とする装置。
  7. 請求項から6のいずれか1項に記載の装置であって、前記制御部材(3)は、前記体積流(2,21乃至24)によって直接的に、又は、これら体積流の一つによる力によって、作動可能な受動部材である。
  8. 請求項から6のいずれか1項に記載の装置であって、前記制御部材(3)は、前記体積流(2,21乃至24)の測定から得られる制御信号によって作動可能な能動部材である。
  9. 請求項8に記載の装置であって、前記体積流(2,21乃至24)を測定するための測定装置は、電流が通過する熱線であり、前記制御部材(3)は電気的に作動可能である。
  10. 請求項8に記載の装置であって、前記体積流(2,21乃至24)を測定するための測定装置は、ベンチュリ圧センサであり、前記制御部材(3)は、好ましくは、その制御部材(3)のタペットに作用するダイアフラムによって機械的に作動可能である。
  11. 請求項3,4及び6のいずれか1項に記載の装置であって、前記制御部材(3)は、それに関連付けられた前記サイクロン(1)のガス入口(11)に直接設けられ、前記制御部材(3)によって、前記サイクロン(1)の入口断面は、開放位置と閉鎖位置との間で、好ましくは連続的に、又は複数段階で変化可能である。
  12. 請求項2に記載の装置であって、前サイクロン(1)のガス出口(12)に直接制御部材(3)が設けられ、前記制御部材(3)によって、前記サイクロン(1)のガス出口断面は、開放位置と閉鎖位置との間で、好ましくは連続的に、又は複数段階で変化可能である。
  13. 請求項11から12のいずれか1項に記載の装置であって、前記制御部材(3)に加えて、追加制御部材(3”)が、それに関連付けられた前記サイクロン(1)のオイル出口(13)に直接設けられ、その追加制御部材(3”)によって、前記サイクロン(1)のオイル出口断面は、開放位置と閉鎖位置との間で、好ましくは連続的に、又は複数段階で変化可能であり、前記制御部材(3)と前記追加制御部材(3”)とは、互いに接続されるとともに、共通に調整可能である。
  14. 請求項13の装置であって、前記制御部材(3)と前記追加制御部材(3”)とは、それぞれ、バルブボール(32,33)から成り、そのバルブボールは、重力又はバネ力によって閉鎖方向に付勢され、前記制御部材(3)の前記バルブボール(32)は、前記追加制御部材(3”)の前記バルブボール(33)よりも大径であり、前記二つのバルブボール(32,33)は、共通調整の為に接続部材(34)によって接続されている。
  15. 請求項11から14のいずれか1項に記載の装置であって、並列に配設された少なくとも二つのサイクロン(1)のオイル出口(13)は、バルブを介して前記クランクケースに接続された一つの共通のオイル収集容器内に開口し、少なくとも一つのサイクロン(1)の前記オイル出口は、追加制御部材(3”)を備え、その制御部材は、前記オイル収集容器に向かう前記オイル出口の断面を、開放位置と閉鎖位置との間で、好ましくは連続的に、又は、複数の段階で変化させる。
  16. 請求項11から14のいずれか1項に記載の装置であって、並列に配設された少なくとも二つのサイクロン(1)のオイル出口(13)は、バルブを介して前記クランクケースに接続された専用のオイル収集容器内に開口している。
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