(57)【要約】【課題】クランクケースベンチレーションシステムを提供する。【解決手段】クランクケースベンチレーションシステムは、内燃機関の燃焼室からの主排気ガスを流すことができるように構成された第１の排気流路と、第１の排気流路内に設けられたパティキュレートトラップとを包含する。このシステムは、内燃機関のクランクケースからクランクケースガスを流すことができ、パティキュレートトラップの下流に位置する第１の排気流路の地点において主排気ガスとクランクケースガスとを合流させるように構成された第２の排気ガス流路を包含してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクケースベンチレーションシステムであって：
内燃機関の燃焼室からの主排気ガスの流れを可能にするように構成された第１の排気流路；
第１の排気流路内に設けられたパティキュレートトラップ；及び
内燃機関のクランクケースからのクランクケースガスの流れを可能にし、パティキュレートトラップの下流に位置する第１の排気流路の地点においてクランクケースガスを主排気ガスと合流させるように構成された第２の排気流路を具備するクランクケースベンチレーションシステム。
【請求項２】
クランクケースベンチレーションシステムであって：
内燃機関の燃焼室からの主排気ガスの流れを可能にするように構成された第１の排気流路；
第１の排気流路内に設けられたパティキュレートトラップ；
内燃機関のクランクケースからのクランクケースガスの流れを可能にし、パティキュレートトラップの下流に位置する第１の排気流路の地点においてクランクケースガスを主排気ガスと合流させるように構成された第２の排気流路；及び
クランクケースガスを触媒するように構成された第１の触媒を具備するクランクケースベンチレーションシステム。
【請求項３】
第１の触媒は、主排気ガスが流れる導管内に収容される請求項２に記載のクランクケースベンチレーションシステム。
【請求項４】
クランクケースベンチレーションの方法であって：
内燃機関のクランクケースからクランクケースガスを換気し；
クランクケースガスをクランクケースから第１の導管内に送り；
内燃機関の１つ又は複数の燃焼室からの排気ガスを換気し；
排気ガスを１つ又は複数の燃焼室から第２の導管内に送り；
パティキュレートトラップで排気ガスから粒状物質をろ過し；
パティキュレートトラップから下流の地点においてクランクケースガスを、ろ過した排気ガスと合流させるステップを含むクランクケースベンチレーションの方法。
【請求項５】
クランクケースベンチレーションの方法であって：
内燃機関のクランクケースからクランクケースガスを換気し；
クランクケースガスをクランクケースから第１の導管内に送り；
内燃機関の１つ又は複数の燃焼室からの排気ガスを換気し；
排気ガスを１つ又は複数の燃焼室から第２の導管内に送り；
パティキュレートトラップで排気ガスから粒状物質をろ過し；
パティキュレートトラップから下流の地点においてクランクケースガスを、ろ過した排気ガスと合流させ；
第１の触媒でクランクケースガスを触媒するステップを含むクランクケースベンチレーションの方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関用の排気系に、特に内燃機関用のクランクケースベンチレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルやガソリンエンジンを含む内燃機関において、燃料及び空気混合物は、燃焼シリンダ内で燃焼される。燃焼シリンダ内の往復動ピストンは、クランクケース内のシリンダ下のクランク軸によって上死点位置と下死点位置との間で移動される。各ピストンがその上死点位置に向かって移動すると、それはピストン上の燃焼室内の燃料及び空気混合物を圧縮する。圧縮された混合物は燃焼し、膨張して、そのピストンをその下死点位置に向かって下方に駆動する。
【０００３】
シリンダ内での燃焼は、エネルギーに関し、燃焼生成物及び副産物を発生させ、それらの多くは、燃焼サイクルの排気行程中に内燃機関のシリンダから排気系に排出される。しかしながら、若干量の燃焼生成物はピストンの周囲のシールリングを通過して吹き抜けることによってクランクケース内に流入し、したがって、「ブローバイガス」または単に「ブローバイ」と称される。ブローバイガスは、通常では排気ガス内に発見される、例えば、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、ＮＯｘ、すす及び未燃焼又は部分燃焼燃料のような、汚染物質を含有する。さらに、クランクケースは、高温で撹拌されている潤滑オイルで部分的に満たされているので、ブローバイガスは油滴や油蒸気をも含有する。
【０００４】
ブローバイガスがクランクケース内で増加すると、それらは、クランクケース内の圧力を解放させるために換気されなければならない。あるシステムは、ブローバイガスを外部環境に直接換気する。しかしながら、ブローバイガス内の汚染物は環境を汚染する。したがって、排出への関心により、直接大気に換気する方法は、全てではないがほとんどの動作条件下で誤った選択とされる。
【０００５】
燃料及び空気混合物が燃焼室に流入するときにクランクケースガスをエンジンの吸気部に戻し、それらを燃料及び空気混合物と混合し、そこで汚染物が燃焼中にほとんど燃焼または酸化される、自然吸気エンジンが開発されている。しかしながら、強制吸気でのエンジンにおいて、クランクケースガスをスーパーチャージャ又はターボチャージャ内のコンプレッサの吸気側に戻すと、比較的短期間にコンプレッサホイールを汚染させることになる。したがって、クランクケースガスは、それらをスーパーチャージャ又はターボチャージャエンジン内の吸気部に戻す前に広範な浄化を行なわなければならない。さらに、広範な浄化をもってしても、スーパーチャージャ又はターボチャージャ又は多様なエンジン構成要素を汚染させることになるある程度の汚染物質がなおも存在する。
【０００６】
クランクケースガスを更なる燃焼用にエンジンに戻し、潜在的に汚染させるか、又はスーパーチャージャ又はターボチャージャの性能を抑制するのではなく、それらを浄化工程後に外部環境に換気する強制吸気付きエンジン用のシステムが開発されている。例えば、２００４年２月１７日にリャン（Ｌｉａｎｇ）らに発行された特許文献１は、クランクケースブローバイろ過装置を教示する。リャンの装置では、クランクケースガスは粒子及び小滴フィルタで浄化される。これらのガスは、エンジンからの主排気ガスの一部との熱交換を介して寄生的に、及び電気加熱要素を用いても加熱される。これらのガスは、外部環境に放出される前に、さらに触媒ばい煙フィルタで処理される。
【０００７】
リャンの装置は、浄化したクランクケースガスを外部環境にうまく放出させるが、この装置は複雑である。例えば、リャンの装置は、多数の浄化段階、寄生的加熱用の追加構造、電気的加熱要素用の追加的エネルギー源、及びクランクケースガス専用の触媒フィルタを含む。これらの構造のそれぞれは、主排気路から独立していたり、付け加えられている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，６９１，６８７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
開示された制御システムは、上述のシステムの改良及び簡素化に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１つの態様において、本開示は、クランクケースベンチレーションシステムに関する。システムは、内燃機関の燃焼室からの主排気ガスの流れを可能にするように構成された第１の排気流路と、第１の排気流路内に設けられたパティキュレートトラップとを包含してもよい。このシステムは、内燃機関のクランクケースからのクランクケースガスを流すことができ、パティキュレートトラップの下流に位置する第１の排気流路の地点においてクランクケースガスを主排気ガスと合流させるように構成された第２の排気流路をも包含してもよい。
【００１１】
他の態様において、本開示は、内燃機関の燃焼室からの主排気ガスの流れを可能にするように構成された第１の排気流路を含むクランクケースベンチレーションシステムに関する。システムは、第１の排気流路内に設けられたパティキュレートトラップを包含してもよい。システムは、内燃機関のクランクケースからのクランクケースガスの流れを可能にし、パティキュレートトラップの下流に位置する第１の排気流路の地点においてクランクケースガスを主排気ガスと合流させるように構成された第２の排気ガス流路をさらに包含してもよい。システムはまた、クランクケースガスを触媒するように構成された第１の触媒と、主排気ガスを触媒するように構成された第２の触媒とを包含してもよい。さらに、第１の触媒は加熱されてもよい。
【００１２】
他の態様において、本開示はクランクケースベンチレーションの方法に関する。その方法は、内燃機関のクランクケースからクランクケースガスを換気すること、及びクランクケースガスをクランクケースから第１の導管内に送ることを包含してもよい。内燃機関の１つ又は複数の燃焼室からの排気ガスは、換気され、１つ又は複数の燃焼室から第２の導管内に送られてもよい。粒状物質は、パティキュレートトラップで排気ガスからろ過され、クランクケースガスは、パティキュレートトラップから下流の地点においてろ過した排気ガスと合流されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面を詳細に参照する。可能な限り、全図面を通じて同一又は同等部品には同参照番号が付される。
【００１４】
図１は、例示的なクランクケースベンチレーション（ＣＣＶ）システム１０を示す。ＣＣＶシステム１０は内燃機関１２を包含してもよい。エンジン１２は、燃焼シリンダ１４を包含し、それに取り付けられた、例えば、吸気部１６、吸気マニフォルド１８、排気マニフォルド２０、主排気導管２２、及びＣＣＶ導管２４のような、吸気及び排気構成要素を有してもよい。
【００１５】
エンジン１２はいかなるタイプの内燃機関であってもよい。例えば、エンジン１２はガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであってもよい。さらに、エンジン１２は、自然吸気されるか又はターボ過給又は過給のような強制吸気を包含してもよい。
【００１６】
ＣＣＶシステム１０は、エンジン１２からの排気ガス内の排出物を低減する１つ又は複数の排気処理装置を包含してもよい。特に、ＣＣＶシステム１０は、パティキュレートトラップ２６と、ＥＧＲ導管３０及びＥＧＲクーラー３２を包含する排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム２８とを包含してもよい。
【００１７】
パティキュレートトラップ２６は、排気ガスから、すす及び／又は灰のような、粒状物質を除去するように構成されたいかなるタイプの排気フィルタであってもよい。例えば、パティキュレートトラップ２６は、メッシュ、スクリーンなどであってもよい。
【００１８】
パティキュレートトラップ２６はまた触媒であってもよい。あるいは、パティキュレートトラップ２６とは別の触媒ユニットが、主排気導管２２内を流れるガスを触媒するように包含されてもよい。触媒パティキュレートトラップ２６又は別の触媒ユニット用に使用される触媒は、炭化水素（ＨＣ）及び／又は一酸化炭素（ＣＯ）のような汚染物質を除去（すなわち酸化）するように構成された、ディーゼル酸化触媒のような、酸化触媒であってもよい。あるいは又は加えて、還元触媒が、ＮＯｘのような汚染物質を除去（すなわち、還元）するために包含されてもよい。
【００１９】
ＣＣＶ導管２４は、エンジン１２のクランクケースから換気されたクランクケースガス（ＣＣＶガス）の流れを主排気導管２２に送り、そこでＣＣＶガスが主排気導管２２内の主排気ガスと合流されるように構成されてもよい。ＣＣＶガスはパティキュレートトラップ２６から下流の位置における主排気ガスと合流されてもよい。パティキュレートトラップ２６から下流の主排気導管２２内の排気ガスの圧力がエンジン１２のクランクケース内の圧力よりも低いので、ＣＣＶガスはクランクケースから主排気導管２２にポンプの支援なしで流入する。
【００２０】
ＣＣＶガスは、外部環境に換気する前に触媒されてもよい。例えば、ＣＣＶシステム１０は、主排気導管２２内の主排気流に解放される前にＣＣＶガスを触媒する別のＣＣＶ触媒ユニット３４を包含してもよい。ＣＣＶ触媒ユニット３４用に使用される触媒は、炭化水素（ＨＣ）及び／又は一酸化炭素（ＣＯ）のような汚染物質を除去（すなわち酸化）するように構成された酸化触媒であってもよい。あるいは、又は加えて、還元触媒がＮＯｘのような汚染物質を除去（すなわち還元）するために包含されてもよい。さらに、ＣＣＶ触媒ユニット３４は、主にエンジンオイルである可溶性有機成分（ＳＯＦ）を除去するように構成されてもよい。
【００２１】
ＣＣＶガスはＣＣＶ触媒ユニット３４を所望動作温度（例えば、少なくとも約摂氏１５０度）に維持するのに求められる温度よりも冷たいので、ＣＣＶシステム１０は、ＣＣＶ触媒ユニット３４の追加的加熱を提供するように構成されてもよい。例えば、ＣＣＶ触媒ユニット３４は、主排気ガスの熱から寄生的に加熱されてもよい。例示的な実施形態において、ＣＣＶ触媒ユニット３４は、図１で示されるように、主排気導管２２内に収容されてもよい。ＣＣＶ触媒ユニット３４を主排気導管２２内で収容することによって、主排気導管２２内の排気ガスからの熱の少なくとも一部がＣＣＶ触媒ユニット３４に伝達される。この実施形態において、ＣＣＶ触媒ユニット３４は、外部加熱装置（例えば、電気加熱要素）を用いることなく所望動作温度より高く維持される。同様の構成において、ＣＣＶ触媒ユニット３４は、主排気ガスからの熱がＣＣＶ触媒ユニット３４に伝達されるように主排気導管２２に近接して配置される。
【００２２】
あるいは、ＣＣＶ触媒ユニット３４は、主排気導管２２から離して配置されてもよい。この構成において、加熱装置３６が、ＣＣＶ触媒ユニット３４を所望動作温度に維持するように包含されてもよい。加熱装置３６は、例えば、電気加熱要素、バーナなどを含むいかなるタイプの加熱装置であってもよい。さらに、加熱装置３６はＣＣＶ触媒ユニット３４と一体であっても一体でなくてもよい。
【００２３】
加熱装置３６の代わりに又はそれに加えて、ＣＣＶシステム１０は、ＣＣＶガスを圧縮するポンプ４０を包含してもよい。ＣＣＶガスを圧縮すると、それらの温度を上昇させるので、少なくとも部分的に加熱装置３６の機能を果たす。圧縮したＣＣＶガスは、チャンバ４２内で保持され、制御された流量でＣＣＶ触媒ユニット３４に解放されてもよい。
【００２４】
ＥＧＲシステム２８は、主排気導管２２から主排気ガスを抽出し、それらのガスがエンジン１２の燃焼室に再導入される吸気部１６にそれらのガスを戻す。燃焼行程を再び実行することによって、汚染物質の多くが除去されるので、排出物がさらに低減する。したがって、開示されたＥＧＲシステムは浄化排気ガス吸気（ｃｌｅａｎ  ｅｘｈａｕｓｔ  ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ）（ＣＥＩ）とも称される。
【００２５】
排気ガスは典型的に高温を有するので、ＥＧＲシステム２８は、高温ガス内の低酸素量が原因の性能損失を避けるためにＥＧＲクーラー３２を包含してもよい。ＥＧＲクーラー３２は、任意の従来的な方法でＥＧＲガスを低温度、ゆえに高密度まで冷却してもよい。高密度ガスは、より高レベルの全ガス成分、ゆえに、エンジン１２の性能を高める、より多くの酸素を有する。
【００２６】
さらに、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー３２や様々なエンジン構成要素に損傷を与えるのを回避するために再循環前に可能な限り清浄でなければならない。したがって、ＥＧＲ導管３０は、パティキュレートトラップ２６及びそれと一体化していない任意の触媒ユニットの下流の位置からガスを抽出してもよい。そうすることで、エンジン１２に再導入される粒状物質の量が低減される。ＥＧＲ導管３０はまた、ＣＣＶガスが主排気導管２２内の主排気ガスと合流される地点から上流の位置からガスを抽出してもよい。これはＣＣＶガスからの追加的な汚染物質の再循環を回避する。
【００２７】
図２は、主排気ガスとＣＣＶガスとの両方が同触媒ユニットによって触媒される、例示的な実施形態を示す。図２で示されるように、触媒ユニット３８は、ＣＣＶガスが主排気ガスと合流される地点から下流に配置されてもよい。ＥＧＲ導管３０は、ＥＧＲガスが可能な限り清浄となるようにするために、触媒ユニット３８の下流の主排気導管２２から抽出する。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
開示されたクランクケースベンチレーションシステムは、エンジン及び排気系構成要素の耐用年数を延ばすとともに外部環境への排出総量を低減するために任意タイプの内燃機関で採用されてもよい。ＣＣＶガスを、吸気部１６又はパティキュレートトラップ２６の上流にではなく、主排気導管２２に送ることによって、エンジン構成要素、及びエンジンの吸気システムの一部である、特に任意のターボチャージャ又はスーパーチャージャの耐用年数が延長される。パティキュレートトラップ２６の下流にＣＣＶガスを送ることによってもまた、パティキュレートトラップ２６の耐用年数を延長できる。ＣＣＶガスがパティキュレートトラップ２６の上流に送られていたならば、時間の経過とともに、ＣＣＶガス内の汚染物質、特にオイルの蒸気や油滴がパティキュレートトラップ２６を詰まらせるか、又はそれを効果のないものにしてしまう。
【００２９】
さらに、パティキュレートトラップ２６の下流にＣＣＶガスを送ることによって、パティキュレートトラップ２６の灰の点検清掃の間隔が延長される。特にディーゼルエンジン用のエンジンオイルは、オイルの潤滑性を高めるために使用される少量の灰を含有する。この灰は排気ガス内に存在する。若干の排気ガスがクランクケース内に吹き抜けるので、クランクケースからのＣＣＶガスも若干量のこの灰を含有する。しかしながら、この灰は、通常の排出試験では基本的に計り知れないきわめて少量でＣＣＶガス内に存在するだけである。しかしながら、ＣＣＶガスがパティキュレートトラップから上流の主排気導管に送られる場合、長距離走行運転（例えば、２５０，０００マイル）を経て、この灰がパティキュレートトラップに蓄積する。したがって、ＣＣＶガスをパティキュレートトラップ２６の下流に送ることによって、開示されたシステムは、エンジン１２の排出総量をあまり増加させることなくパティキュレートトラップ２６への灰の蓄積を回避する。このように、追加的な灰の蓄積を回避することによって、パティキュレートトラップ２６を頻繁に清掃する必要がなくなる。
【００３０】
さらに、ＣＣＶガスは、圧力が比較的低いパティキュレートトラップ２６の下流に送られるので、これらのガスをクランクケースから主排気導管２２に送るのにポンプが不要となる。ＣＣＶガスが粒子フィルタの上流に送られると、粒子フィルタが、クランクケース内よりも高くなり得る背圧を主排気に生成するのでポンプが必要となる。
【００３１】
さまざまな改造や変形が本発明の範囲を逸脱することなく開示されたクランクケースベンチレーションシステムに実施できることは当業者には理解されよう。本発明の他の実施形態は、仕様の検討やここで開示された本発明の実行から当業者には明白となろう。仕様や例は例としてだけ検討されるものであり、本発明の真の範囲は特許請求の範囲やそれらの等価物によって示される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】例示的な開示される実施形態によるクランクケースベンチレーションシステムの概略図である。
【図２】他の例示的な開示される実施形態によるクランクケースベンチレーションシステムの概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ＣＣＶ系
１２  エンジン
１４  燃焼シリンダ
１６  吸気部
１８  吸気マニフォルド
２０  排気マニフォルド
２２  主排気導管
２４  ＣＣＶ導管
２６  パティキュレートトラップ
２８  ＥＧＲ系
３０  ＥＧＲ導管
３２  ＥＧＲクーラー
３４  ＣＣＶ触媒ユニット
３６  加熱装置
３８  触媒ユニット
４０  ポンプ
４２  チャンバ
【図１】
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【図２】
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