(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジンの動作特性を監視するセンサに結合された制御装置と、
前記燃焼エンジンからブローバイガスを通気するように適合された入口及び出口を有するＰＣＶ弁であって、前記制御装置によって導かれる第一の段階と、制御装置が故障した場合に、前記燃焼エンジンの製造会社によって決定される十分な真空圧力の条件のもとでのみ開くように応じる第二の段階とを有する二段階逆止弁を含むＰＣＶ弁と、
前記ＰＣＶ弁に関連付けられ、前記制御装置に応答して、前記燃焼エンジンから通気するブローバイガスの流体流量を調整可能に増減するようにエンジン真空圧力を選択的に調節する流体レギュレータであって、流量制御オリフィスを含む流体レギュレータと、
を備える汚染制御システム。
【請求項２】
前記制御装置が、ブローバイガス生成の減少期間中に前記エンジン真空圧力を減少させて前記ＰＣＶ弁を介して前記流体流量を減少させ、ブローバイガス生成の増加期間中に前記エンジン真空圧力を増大させて前記ＰＣＶ弁を介して前記流体流量を増加させる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ＰＣＶ弁及び前記流体レギュレータに流体結合された補助燃料を含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御装置に電子的に結合されて、前記ＰＣＶ弁及び前記流体レギュレータへの前記補助燃料の放出を選択的に調節するための一方向逆止弁を含む、
請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記補助燃料が、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）又は水素ガスを含む、
請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記補助燃料は、水素ガスを含み、前記システムは、前記制御装置に関連付けられ、前記制御装置に応答して要求に応じて水素ガスを作る水素発生器を含む、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記制御装置が、予めプログラムされたソフトウェアプログラム、フラッシュ更新可能なソフトウェアプログラム、又は行動学習ソフトウェアプログラムを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記制御装置が、前記センサからの測定値に基づいて前記エンジン真空圧力を変更するように前記流体レギュレータを調整可能に位置決めする、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記制御装置が、エンジンＲＰＭセンサに結合されたウィンドウスイッチであって、第一の所定のエンジンＲＰＭを上回るとオンの位置にあるよう構成され、第二の所定のエンジンＲＰＭを上回るとオフの位置にあるよう構成されているウィンドウスイッチを含み、前記流体レギュレータが、前記ウィンドウスイッチにより設定された前記第一の所定のエンジンＲＰＭ及び／又は前記第二の所定のエンジンＲＰＭに基づいて選択的に位置決め可能である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記センサが、エンジン温度センサ、点火プラグセンサ、加速度計センサ、ＰＣＶ弁センサ、又は排気センサを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記動作特性が、エンジン温度、エンジンシリンダの数量、リアルタイム加速度計算、又はエンジンＲＰＭを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記入口がクランクケースに接続され、前記出口が内部燃焼エンジンの吸気マニホールドに接続される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記流量制御オリフィスが、止めネジ及び管路ブロックを含む、
請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、汚染を制御するシステムに関する。更に詳細には、本発明は、エンジン燃料副生成物を再循環させ、エミッションを低減して、エンジン性能を向上させるＰＣＶ弁組立体を系統的に制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
標準的な内燃（ＩＣ）エンジンの基本的動作は、燃焼プロセスの形式、シリンダの数量及び所望の用途／機能に基づいて幾分異なる。例えば、従来の２ストロークエンジンでは、クランクケースに入る前にオイルが燃料及び空気と予混合される。オイル／燃料／空気混合気は、吸気中にピストンにより生成された真空によってクランクケースに引き込まれる。オイル／燃料混合気は、シリンダ壁部、クランクシャフト及びクランクケース内のコンロッド軸受の潤滑を行う。次いで、燃料は圧縮され、点火プラグにより点火されて燃料を燃焼させる。次に、ピストンが下向きに押され、ピストンが排気ポートを露出させると、排気ガスがシリンダから流出できるようになる。ピストンの運動は、クランクケース内の残留オイル／燃料を加圧して、追加の未使用オイル／燃料／空気がシリンダ内に突入できるようにし、これにより残留排気物が排気ポートから同時に押し出される。このプロセス自体が繰り返すときに、運動量によりピストンは圧縮行程に戻される。或いは、４サイクルエンジンでは、クランクシャフト及びコンロッド軸受のオイル潤滑は、空気／燃料混合気とは分離されている。この場合、クランクケースは、主として空気及びオイルで充填されている。吸気マニホールドは、別々の供給源から燃料及び空気を受け取り混合する。吸気マニホールド内の空気／燃料混合気は、燃焼室に引き込まれ、ここで点火プラグにより点火されて燃焼する。燃焼室は、大部分は、ピストンシリンダ内のピストンの外径の周りに配置されたピストンリングのセットによりクランクケースからシールされる。これにより、２ストロークエンジンの場合のように燃焼行程の一部としてオイルを燃焼させるのではなく、オイルがクランクケース内に入った状態に保持される。残念ながら、ピストンリングは、完全にピストンシリンダをシールすることはできない。その結果として、シリンダを潤滑することを目的としたクランクケースオイルは、その代わりに、燃焼室に引き込まれていて燃焼プロセスの間燃焼される。加えて、シリンダ内に未燃焼燃料及び排気ガスを同時に含む燃焼排ガスは、ピストンリングを通ってクランクケースに入る。クランクケースに入る排ガスは、一般的に「ブローバイ」又は「ブローバイガス」と呼ばれる。
【０００３】
ブローバイガスは主として、炭化水素（未燃焼燃料）、二酸化炭素又は水蒸気などの汚染物質から成り、これら全ては、エンジンクランクケースにとって有害である。クランクケース内のブローバイガスの量は、吸気マニホールド内の炭化水素の濃度の数倍になる可能性がある。これらのガスを単に大気に通気すると大気汚染が増大する。しかしながら、クランクケース内のブローバイガスを捕捉すると、汚染物質が空気から凝縮して時間の経過に伴って内部に蓄積することができる。凝縮汚染物質は、クランクケース内部で腐食性酸及びスラッジを形成し、潤滑オイルを希釈する。これにより、シリンダ及びクランクシャフトを潤滑するオイルの能力が低下する。劣化したオイルは、クランクケース構成部品（例えばクランクシャフト及びコンロッド）を適切に潤滑することができず、エンジン性能不良の一因となる可能性がある。クランクケースの潤滑が不十分であると、ピストンリングの不必要な摩耗の一因となると同時に、燃焼室とクランクケースとの間のシール品質を低下させる。エンジンの経年変化に伴って、ピストンリングとシリンダ壁部間の間隙が増加し、その結果、クランクケースに入るブローバイガスの量がより多くなる。クランクケースに入るブローバイガスの量が過剰になると、出力損失、及び更にエンジン故障を引き起こす可能性がある。更に、ブローバイガス内の凝縮水は、エンジン部品に錆を発生させる可能性がある。この理由から、クランクケース内のブローバイガスの存在を是正するためにクランクケース換気システムが開発された。一般に、クランクケース換気システムは、ポジティブクランクケース換気（ＰＣＶ）弁から出て吸気マニホールド内にブローバイガスを放出し再燃焼されるようにする。
【０００４】
ＰＣＶ弁は、ブローバイガスをクランクケースから吸気マニホールドに戻して再循環（すなわち、通気）させて、燃焼中に新しい供給空気／燃料と共に再燃焼されるようにする。これは、有害なブローバイガスが単に大気に通気されるものではないので特に望ましい。クランクケース換気システムはまた、クランクケース内のブローバイガスを制限し又は理想的には排除して、クランクケースを可能な限り清浄な状態にしておくように設計すべきである。早期のＰＣＶ弁は、単一の一方向逆止弁を含むものであった。これらのＰＣＶ弁は、正しく機能するためにクランクケースと吸気マニホールドとの間の圧力差にのみ依存するものであった。吸気中にピストンが下向きに進むと、吸気マニホールド内の気圧は周囲の環境大気よりも低くなる。この結果は、一般に「エンジン真空」と呼ばれる。この真空により、空気が吸気マニホールドに向かって引き寄せられる。従って、空気は、クランクケースから吸気マニホールド内に、これらの間に導管が設けられたＰＣＶ弁を介して引き寄せることができる。ＰＣＶ弁は、基本的に、ブローバイガスがクランクケースから戻って吸気マニホールド内に通気されるように一方向の経路を開放する。圧力差が変化した（すなわち、吸気マニホールド内の圧力がクランクケース内の圧力よりも相対的に高くなった）場合、ＰＣＶ弁は閉鎖され、ガスが吸気マニホールドから出てクランクケースに流入するのが阻止される。この理由からＰＣＶ弁は、「ポジティブ」なクランクケース換気システムであり、ガスがクランクケースから出て吸気マニホールドに一方向にガスを流動させることができるだけである。一方向逆止弁は、基本的に全か無かの弁である。すなわち、弁は、吸気マニホールド内の圧力がクランクケース内の圧力よりも相対的に下回る期間の間は完全に開いている。或いは、弁は、クランクケース内の圧力が吸気マニホールド内の圧力よりも相対的に低いときに完全に閉鎖している。一方向逆止弁をベースとしたＰＣＶ弁は、何れかの所与の時間にクランクケース内に存在するブローバイガスの量の変化に対処することができない。クランクケース内のブローバイガスの量は、異なる駆動条件下及びエンジンの型式及びモデルによって異なる。
【０００５】
ＰＣＶ弁設計は、基本的な一方向逆止弁よりも改善されており、クランクケースから吸気マニホールドに通気されるブローバイガスの量をより良好に調整制御することができる。１つのＰＣＶ弁設計では、ブローバイガスが吸気マニホールドにクランクケースから流動する通気口に対して、円錐部又はディスクのような内部リストリクタを位置決めするためにバネを使用する。内部リストリクタは、バネ張力に対するエンジン真空のレベルに比例した距離で通気口に近接して位置決めされる。バネの目的は、クランクケースと吸気マニホールドとの間の真空圧力変動に応答することである。この設計は、全か無かの一方向逆止弁を改善することを目的としている。例えば、アイドル状態ではエンジン真空は高い。エンジンが生成するブローバイガスが相対的に少量であっても、バネ付勢式リストリクタは、大きな圧力差を考慮した大量のブローバイガスを通気するように設定されている。バネは、クランクケースから吸気マニホールドへの空気流を実質的に可能にするように内部リストリクタを位置決めする。加速中に、エンジン真空は、エンジン負荷の増大に起因して減少する。その結果として、バネは、エンジンが生成するブローバイガスがより増えても、内部リストリクタを押し戻してクランクケースから吸気マニホールドへの空気流を低減することができる。次いで、車両が一定の巡航速度に近づくと加速度が減少する（すなわちエンジン負荷が減少する）ので、真空圧力が増加する。この場合も同様に、バネは、内部リストリクタを通気口から離して、クランクケースから吸気マニホールドへの空気流が実質的に可能になる位置に引き戻す。この状況では、エンジンは、高エンジンＲＰＭに起因して巡航速度でより多くのブローバイガスを生成するので、圧力差に基づいてクランクケースから吸気マニホールドへの空気流を増大させることが望ましい。従って、単にエンジン真空とバネ付勢式リストリクタにのみ依存するこのような改良形ＰＣＶ弁は、特に車両の速度が絶えず変化している状況（例えば、市街地運転、又は渋滞時の高速道路走行）では、クランクケースから吸気マニホールドへのブローバイガスの換気を最適化するものではない。
【０００６】
クランクケース換気の１つの重要な側面は、エンジン真空が、エンジン速度ではなくエンジン負荷の関数として変化し、ブローバイガスの量は、一つにはエンジン負荷ではなくエンジン速度の関数として変化することである。例えば、エンジン真空は、エンジン速度が比較的一定のままであるとき（例えば、アイドリング、又は定速運転）により高い。従って、エンジンのアイドリング時（例えば９００回転／分（ｒｐｍ））に存在するエンジン真空量は、エンジンが高速道路上で定速巡航中（例えば２，５００〜２，８００ｒｐｍの間）に存在する真空量と本質的に同じである。ブローバイガスが生成される割合は、９００ｒｐｍにおけるよりも２，５００ｒｐｍにおけるほうがはるかに高い。しかしながら、バネベースのＰＣＶ弁は、２，５００ｒｐｍと９００ｒｐｍとの間のブローバイガス生成の差に対処することができず、これは、バネベースのＰＣＶ弁では、これらの異なるエンジン速度において吸気マニホールドとクランクケースとの間で同様の圧力差が発生することに起因する。バネは、エンジン速度ではなくエンジン負荷の関数である気圧の変化のみに応答する。エンジン負荷は通常、例えば、加速時又は登坂時に増大する。車両が加速するにつれて、ブローバイガスの生成は増加するが、エンジン真空は、エンジン負荷増大に起因して減少する。従って、バネベースのＰＣＶ弁は、加速中にクランクケースから通気するブローバイガスの量が不十分である可能性がある。このようなバネベースのＰＣＶ弁システムは、バネがエンジン真空にしか応答できないことに起因して、ブローバイガスの生成に基づいてブローバイガスを通気することができない。
【０００７】
その内容が引用により本明細書に組み込まれる、Ｃｏｌｌｉｎｓに付与された米国特許第５，２２８，４２４号は、クランクケースから吸気マニホールドへのブローバイガスの換気を調整制御する二段階バネベースＰＣＶ弁の実施例である。具体的には、Ｃｏｌｌｉｎｓは、クランクケースと吸気マニホールドとの間の空気流を調整制御する２つのディスクを内部に有するＰＣＶ弁を開示している。第１のディスクは、アパーチャのセットを内部に有し、通気口と第２のディスクとの間に配置される。第２のディスクは、第１のディスクのアパーチャを覆うようなサイズにされる。ほとんど又は全く真空が存在しない場合には、第２のディスクは第１のディスクに接して保持され、その結果両方のディスクが通気口に接して保持される。最終的な結果として、ＰＣＶ弁を通ることができる空気流がほとんどなくなる。エンジン真空が増大することにより、ディスクが通気口から離れてバネに押し当てられ、その結果、より多くのブローバイガスがクランクケースからＰＣＶ弁を通って流れ、吸気マニホールドに戻ることができるようになる。単にエンジン真空が存在するだけで、少なくとも第２のディスクはエンジンクランクケースから離れ、従って、エンジンクランクケースからブローバイガスを通気する。特に、第１のディスクは通常、エンジンが一定の低速度で作動中（例えば、アイドリング中）であることをスロットル位置が示しているときは常に実質的に通気口を覆っている。車両の加速時には、第１のディスクは、通気口から離れ、これによりエンジンが加速中又は一定且つ高速度で作動していることをスロットル位置が示すときにより多くのブローバイガスを通気することができる。第１のディスクの位置決めは主としてスロットル位置に基づき、第２のディスクの位置決めは、主として吸気マニホールドとクランクケースとの間の真空圧力に基づく。しかしながら、ブローバイガス生成は、単に真空圧力、スロットル位置、又はこれらの組み合わせだけに基づくものではない。それよりもむしろ、ブローバイガス生成は、エンジン負荷を含む複数の異なる要因に基づいている。この理由から、同様のスロットル位置においてエンジン負荷が変わったときに、ＣｏｌｌｉｎｓのＰＣＶ弁によるクランクケースから吸気マニホールドへのブローバイガスの通気が不十分になる。
【０００８】
ＰＣＶ弁システムの保守管理は、重要且つ比較的簡単である。潤滑オイルは、経時的に内部に捕捉された有害な汚染物質を除去するために定期的に交換しなければならない。適切な間隔（通常、３，０００〜６，０００マイル毎）で潤滑オイルを交換しないと、ＰＣＶ弁システムがスラッジで汚染される可能性がある。ＰＣＶ弁システムの閉塞は、最終的にはエンジンを損傷することになる。ＰＣＶ弁システムは、潤滑オイルが適切な頻度で交換されると仮定すると、エンジンの耐用年数にわたって清浄なままとなるであろう。
【０００９】
ロサンジェルス盆地のスモッグに対処する取り組みの一環として、カリフォルニア州は、１９６０年代から全てのモデルの車にエミッション制御システムを必要とすることを開始した。連邦政府は、１９６８年、これらのエミッション制御規制を全米に拡大した。米国連邦議会は、１９７０年にＣｌｅａｒ  Ａｉｒ  Ａｃｔを通過させ、環境保護庁（ＥＰＡ）を設立した。それ以後、自動車メーカは、車両の生産及び保守管理に関する一連の段階的エミッション規制基準に適合しなければならない。これには、エンジン機能の制御及びエンジンの問題の診断を行う装置を実装することが必要となった。より詳細には、自動車メーカは、電子燃料供給及び点火システムのような電気的に制御される構成部品を一体化し始めた。エンジン効率、システム性能、及び汚染を測定するためにセンサも追加された。これらのセンサには、早期診断支援のためにアクセスすることができた。
車載故障診断（ＯＢＤ）は、早期車両自己診断システム及び報告能力を指す。ＯＢＤシステムは、様々な車両サブシステムに関する現在の状態情報を供給する。ＯＢＤを介して利用可能な診断情報量は、１９８０年代初期における自動車への車載コンピュータの導入以来大幅に変化した。ＯＢＤは当初、検出された問題についての故障表示灯（ＭＩＬ）を点灯するものであったが、問題の内容に関する情報を提供するものではなかった。最新のＯＢＤの実施例は、標準化された高速デジタル通信ポートを使用して、車両内から誤動作の迅速な識別及びこれに対応する是正措置を設定するための一連の標準故障診断コード（ＤＴＣ）と組み合わせてリアルタイムデータを提供している。
【００１０】
カリフォルニア大気資源委員会（ＣＡＲＢ又は単にＡＲＢ）は、第１次ＯＢＤ（現在ではＯＢＤ−Ｉ」として知られる）の適用を施行する規制を策定した。ＣＡＲＢの目標は、自動車メーカによる信頼性のあるエミッション制御システムの設計を促進することであった。ＣＡＲＢは、ＣＡＲＢ車両ミッション基準に合格しなかった車両の登録を認めないことにより、カリフォルニアの車両エミッションを引き下げることを想定していた。残念ながら、ＯＢＤ−Ｉは、エミッション専用の診断情報を試験及び報告するための基盤が統一化されず、又は広く受け入れられなかったため、この時点では成功しなかった。標準化され信頼性のあるエミッション情報を全ての車両から取得する上での技術的問題により、年次試験プログラムを事実上実施できないこととなった。
【００１１】
ＯＢＤは、ＯＢＤ−Ｉの初期実行の後により高度なものとなった。ＯＢＤ−ＩＩは、米国自動車技術者協会（ＳＡＥ）により策定された新しい規格及び実施法を実行する、１９９０年代中頃に導入された新たな規格であった。これらの規格は、最終的にはＥＰＡ及びＣＡＲＢにより採用された。ＯＢＤ−ＩＩは、より良好なエンジン監視技術を実現する先進的特徴を組み込んだものである。ＯＢＤ−ＩＩはまた、シャーシ部品、ボディ及び付属装置を監視し、自動車診断制御ネットワークを含む。ＯＢＤ−ＩＩは、能力及び標準化の両方においてＯＢＤ−Ｉを改良したものである。ＯＢＤ−ＩＩでは、診断コネクタ、ピン構成、電気信号送信プロトコル、メッセージングフォーマットの形式が指定され、ＤＴＣの拡張可能なリストが提示されている。ＯＢＤ−ＩＩはまた、車両パラメータの特定のリストを監視して、これらのパラメータの各々の性能データを符号化する。従って、単一の装置は、任意の車両内の車載コンピュータに問い合わせることができる。診断データの報告のこのような簡素化により、ＣＡＲＢにより想定された総合的なエミッション試験プログラムが実現可能となった。
【００１２】
従って、クランクケースから吸気マニホールドへのエンジンブローバイガスの流量を最適に調整制御する改良形ＰＣＶ弁システムに対する顕著な必要性がある。このような汚染制御装置は、クランクケースから吸気マニホールドへの空気流を調整制御することができる電気的に制御可能なＰＣＶ弁、ＰＣＶ弁を調整制御するため該ＰＣＶ弁に電気的に結合された制御装置、及びエンジン速度及びエンジン負荷などのエンジン性能を測定するセンサのセットを含むべきである。このような汚染制御装置は、燃料消費量の割合を低減し、有害な汚染エミッションの割合を低減し、且つエンジン性能を向上させるべきである。本発明は、これらの必要性を満たすと共に、更なる関連する利点を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５，２２８，４２４号公報
【発明の概要】
【００１４】
本明細書で開示する汚染制御システムは、燃焼エンジンの動作特性を監視するセンサに結合された制御装置を含む。センサは、エンジン温度センサ、点火プラグセンサ、加速度計センサ、ＰＣＶ弁センサ、又は排気センサを含むことができる。１つの実施形態において、制御装置は、ブローバイガス生成物の量を測定するために、エンジン温度センサを介してエンジン燃焼速度を監視する。制御装置は、センサにより収集された情報に関連したデータを送信及び／又は受信する無線送信器又は無線受信器を含むことができる。この点に関して、制御装置は、予めプログラムされたソフトウェアプログラム、フラッシュ更新可能なソフトウェアプログラム、又は行動学習ソフトウェアプログラムを含むことができる。好適な実施形態において、制御装置を操作するソフトウェアプログラムは、送信器及び／又は受信器を介してワイヤレスでアクセス可能である。行動学習ソフトウェアプログラムにより策定されるカスタマイズされた動作条件などの情報は、制御装置から検索し、その後汚染制御システムをより効率的に作動させるのに使用することができる。
【００１５】
汚染制御システムは更に、燃焼エンジンからブローバイガスを通気するように適合された入口及び出口を有するＰＣＶ弁を含む。好ましくは、ＰＣＶ弁は、二段階逆止弁である。ＰＣＶ弁に関連付けられて制御装置に応答する流体レギュレータは、エンジン真空圧力を選択的に調節して燃焼エンジンから通気するブローバイガスの流体流量を調整可能に増減するように汚染制御システムで使用される。制御装置は、前述のセンサの１つ又はそれ以上から取得された測定値に部分的に基づいてエンジン真空の程度を変えるよう流体レギュレータを調整可能に位置決めする。好ましい実施形態において、ＰＣＶ弁入口はクランクケースに接続され、ＰＣＶ弁出口は、内燃エンジンの吸気マニホールドに接続される。制御装置は、内燃エンジン内のブローバイガス生成の減少期間中にエンジン真空圧力を減少させ、その結果、ＰＣＶ弁を通る流体流量が減少し、内燃エンジン内のブローバイガス生成の増加期間中にエンジン真空圧力を増大させ、その結果、ＰＣＶ弁を通る流体流量が増大する。
【００１６】
制御装置は、複数の異なる条件の何れか１つの下で流体レギュレータの作動及び／又は非作動を行うことができる。例えば、制御装置は、エンジン周波数（例えば共振周波数）又はエンジン周波数のセットにおいて流体レギュレータを作動及び／又は非作動にする。或いは、制御装置は、ウィンドウスイッチを有するエンジンＲＰＭセンサに更に結合することができる。流体レギュレータは、所定のエンジンＲＰＭ又はウィンドウスイッチにより設定された複数のエンジンＲＰＭに基づいて選択的に位置決め可能である。別の代替の実施形態において、制御装置は、燃焼エンジンの作動後の所定持続時間にわたって流体流量を排除するように流体レギュレータを設定するオンディレータイマを含むことができる。流体レギュレータが流体流量を排除する所定の持続時間は、時間、エンジン温度又はエンジンＲＰＭの関数とすることができる。
【００１７】
別の代替の実施形態において、汚染制御システムは、ＰＣＶ弁及び空気流レギュレータに流体的結合された補助燃料を更に含むことができる。制御装置に電子的に結合された一方向逆止弁は、ＰＣＶ弁及び流体レギュレータへの補助燃料の放出を選択的に調節する。補助燃料は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）又は水素ガスを含むことができる。好ましくは、水素ガスは、制御装置に結合され且つ制御装置により調整される水素発生器によってオンデマンドで作られる。制御装置は、真空圧力の増加及び流体流量の対応する増加に伴って水素ガス生成を増大させ、真空圧力の減少及び流体流量の対応する減少に伴って水素ガス生成を減少させる。真空圧力及び流体流量の調節は、エンジン温度、エンジンシリンダの数量、リアルタイム加速計算又はエンジンＲＰＭを含むことができる燃焼エンジン動作特性からの測定値に基づくことができる。
【００１８】
本発明の他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を示す添付図面を併用すると、以下の更に詳細な説明から明らかとなるであろう。
【００１９】
添付図面は本発明を例示している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】多数のセンサ及びＰＣＶ弁に動作可能に結合された制御装置を示す概略図である。
【図２】燃焼ベースエンジンによるＰＣＶ弁の一般的な機能を示す概略図である。
【図３】汚染制御システムと共に使用されるＰＣＶ弁の斜視図である。
【図４】図３のＰＣＶ弁の分解斜視図である。
【図５】空気流リストリクタの組立を示すＰＣＶ弁の部分分解斜視図である。
【図６】空気流リストリクタの部分的窪みを示すＰＣＶ弁の部分分解斜視図である。
【図７】空気流がないことを示すＰＣＶ弁の横断面図である。
【図８】制限された空気流を示すＰＣＶ弁の横断面図である。
【図９】全空気流を示すＰＣＶ弁の別の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
例示の目的で図示されるように、汚染制御システムについての本発明は、参照番号１０により全体的に示される。図１では、汚染制御システム１０が、好ましくは自動車１６のボンネット１４の下に取り付けられた制御装置１２を有するように全体的に示されている。制御装置１２は、自動車１６のリアルタイム作動条件及び性能を監視及び測定する複数のセンサの何れか１つに電気的に結合されている。制御装置１２は、ＰＣＶ弁１８及び流量制御オリフィス１９のデジタル制御を介して燃焼エンジン内のエンジン真空を調整制御することによって、ブローバイガスの流量を調整制御する。制御装置１２は、センサからリアルタイム入力を受け取り、該センサは、エンジン温度センサ２０、点火プラグセンサ２２、バッテリセンサ２４、流量制御センサ２５、ＰＣＶ弁センサ２６、エンジンＲＰＭセンサ２８、加速度計センサ３０、排気センサ３２、及びガス／蒸気噴射センサ３３を含むことができる。制御装置１２によりセンサ２０、２２、２４、２５、２６、２８、３０、３２、３３から取得されたデータは、以下で更に詳細に説明するように、ＰＣＶ弁１８及び流量制御オリフィス１９を調整制御するのに使用される。
【００２２】
図２は、汚染制御システム１０内のＰＣＶ弁１８及び流量制御オリフィス１９の作動を示す概略図である。図２で示すように、ＰＣＶ弁１８は、エンジン３６のクランクケース３４と吸気マニホールド３８との間に配置されている。作動時において、吸気マニホールド３８は、それぞれ、燃料管路４０及び空気管路４２を介して燃料及び空気の混合気を受け取る。エアフィルタ４４は、空気管路４２と吸気管路４６との間に配置され、吸気マニホールド３８内で燃料と混合する前に、汚染制御システム１０に入る新鮮な空気をフィルタリングすることができる。吸気マニホールド３８内の空気／燃料混合気は、ピストン５０が上死点からシリンダ４８内で下向きに降りるときにピストンシリンダ４８に送給される。これにより燃焼室５２内に真空が生成される。従って、クランクシャフト３４の半分の速度にて回転する入力カムシャフト５４は、入力弁５６を開くように設計され、その結果、吸気マニホールド３８がエンジン真空に曝される。
【００２３】
燃焼室５２内の燃料／空気は、点火プラグ５８により点火される。燃焼室５２内の点火された燃料／空気の急激な膨張により、シリンダ４８内でピストン５０の下降が生じる。燃焼後、排気カムシャフト６０は、排気バルブ６２を開き、燃焼室５２から排気管路６４の外に燃焼ガスの漏出を可能にする。通常、燃焼サイクル中に、過剰な排気ガスは、ピストン５０のヘッド６８内に取り付けられたピストンリング６６のペアにより滑らかに進む。これらの「ブローバイガス」は、高圧力及び高温ガスとしてクランクケース３４に入る。時間の経過と共に、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、及び二酸化炭素などの有害な排気ガスは、気体状態から凝縮してクランクケース３４の内部を覆い、クランクケース３４内の機構を潤滑するオイル７０と混合することができる。しかしながら、汚染制御システム１０は、クランクケース３４から吸気マニホールド３８にこれらのブローバイガスを通気して、エンジン３６の燃料として再循環されるように設計されている。このことは、クランクケース３４と吸気マニホールド３８との間の圧力差を使用することにより達成される。作動時には、ブローバイガスは、通気口７２を介して相対的に高い圧力クランクケース３４から出て、通気管路７４、ＰＣＶ弁１８、戻り管路７６、流量制御オリフィス１９を通り、最終的に補助戻り管路７６を通って、これに結合された相対的に低圧の吸気マニホールド３８に入る。この結果、ＰＣＶ弁１８及び流量制御オリフィス１９を介してクランクケース３４から吸気マニホールド３８に通気されたブローバイガスの量は、図１に示す制御装置１２によりデジタル処理で調整制御される。
【００２４】
図３のＰＣＶ弁１８は、全体的に電気接続部７８のペアを介して制御装置１２に電気的に結合されている。制御装置１２は、電気接続部７８を介してＰＣＶ弁１８を流れるブローバイガスの量を少なくとも部分的に調整制御する。図３では、ＰＣＶ弁１８は、剛体外側ハウジング８２の一部を包含するゴムハウジング８０を含む。コネクタワイヤ７８は、アパーチャ（図示せず）を介して外側ハウジング８２から延びる。好ましくは、外側ハウジング８２は単体構造であり、吸気オリフィス８４及び排気オリフィス８６を含む。一般に、制御装置１２は、外側ハウジング８２の内部にあるリストリクタを操作し、吸気オリフィス８４に流入して排気オリフィス８６から出るブローバイガスの速度を調整制御する。
【００２５】
図４は、ＰＣＶ弁１８を分解斜視図で示している。ゴムハウジング８０は、外側ハウジング８２に対して実質的にシールするエンドキャップ８８を覆い、これによりソレノイド機構９０及び空気流リストリクタ９２を包む。ソレノイド機構９０は、ソレノイド９６内に配置されたプランジャ９４を含む。コネクタワイヤ７８は、ソレノイド９６を作動させ、アパーチャ９８を介してエンドキャップ８８を通って延びる。同様に、ゴムハウジング８０は、コネクタワイヤ７８を制御装置１２（図２）に電気的に結合可能にするアパーチャ（図示せず）を含む。
【００２６】
一般に、吸気マニホールド３８（図２）内に存在するエンジン真空により、ブローバイガスが、クランクケース３４から吸気オリフィス８４を通ってＰＣＶ弁１８の排気オリフィス８６（図４）の外に引き出される。図４に示す空気流リストリクタ９２は、クランクケース３４から吸気マニホールド３８に通気するブローバイガスの量を調整制御する１つの機構である。汚染制御システム１０は、以下で更に詳細に説明するように、ブローバイガスの高生成時にクランクケース３４から通気するブローバイガスの流量を増大させ、ブローバイガスの低生成時にクランクケース３４から通気するブローバイガスの流量を減少させることができるので、ブローバイガス空気流を調整制御することが特に有利である。制御装置１２は、自動車１６の全体的な効率及び作動を監視するために複数のセンサ２０、２２、２４、２５、２６、２８、３０、３２、３３に結合され、該センサ２０、２２、２４、２５、２６、２８、３０、３２、３３により得られた測定値に従って、ブローバイガスの再循環を最大にするようリアルタイムでＰＣＶ弁１８を操作する。
【００２７】
ブローバイの動作特性及び生成は、各エンジン並びに個々のエンジンが設置される各自動車に固有のものである。汚染制御システム１０は、工場内で又は製造後に設置され、自動車燃料効率を最大にし、有害な排気エミッションを低減し、オイル及び他のガスを再循環させてクランクケース内の汚染物質を排除することができる。汚染制御システム１０の目的は、ブローバイガス生成に基づいて、ブローバイガスをクランクケース３４から吸気マニホールド３８に戦略的に通気することである。従って、制御装置１２は、エンジン速度及び他の動作特性、並びにセンサ２０、２２、２４、２５、２６、２８、３０、３２、３３により取得されたリアルタイム測定値に基づいて、ＰＣＶ弁１８及び流量制御オリフィス１９をデジタル処理で調整制御及び制御する。重要なことに、汚染制御システム１０は、任意の燃焼エンジンに適応可能である。例えば、汚染制御システム１０は、ガソリン、メタノール、ディーゼル、エタノール、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液体プロパンガス（ＬＰＧ）、水素、アルコールベースのエンジン、又は実質的に他の何れかの可燃性ガス及び／又は蒸気ベースのエンジンと共に使用することができる。これには、２ストローク及び４ストロークの両方のＩＣエンジン、並びに全ての軽量、中量及び重量構成が含まれる。汚染制御システム１０は、エネルギーの生成又は産業用に使用される定置エンジンに一体化することもできる。
【００２８】
特に、自動車のエンジン速度及び他の動作特性に基づいてブローバイガスを通気すると、炭化水素、一酸化炭素、酸化窒素及び二酸化炭素のエミッションが減少する。汚染制御システム１０は、これらのガスを燃焼サイクル内で燃焼させることにより再循環させる。もはや大量の汚染物質が排気物を介して車両から放出されることはない。この理由から、汚染制御システム１０は、各自動車について大気汚染を４０〜５０パーセント低減し、ガロン当たりの燃料効率を２０〜３０パーセント増大させ、馬力性能を２０〜３０パーセント向上させ、（内部での炭素保持量が少ないことに起因して）自動車エンジン摩耗を３０〜５０パーセント低減し、オイル交換の回数を約５、０００マイル毎から約５０、０００マイル毎に低減することができる。米国では１日につき約８７０百万ガロンの石油を消費することを考えると、汚染制御システム１０を用いたブローバイガスのリサイクルによる１５パーセントの低減は、米国単独で１日につき約１３０百万ガロンの石油の節減につながる。世界規模では、ほぼ３３億ガロンの石油が１日当たりに消費されており、結果として約５，０００億ガロンの石油が毎日節減されることになる。
【００２９】
１つの実施形態において、ＰＣＶ弁１８の吸気オリフィス８４に入るブローバイガスの量は、図４に全体的に示すように空気流リストリクタ９２により調整制御される。空気流リストリクタ９２は、後方部分１０２、中間部分１０４及び前方部分１０６を有するロッド１００を含む。前方部分１０６は、後方部分１０２及び中間部分１０４よりも僅かに小さい直径を有する。前方バネ１０８は、ロッド１００の前面１１０を覆うことを含み、中間部分１０４及び前方部分１０６を覆って同心状に配置される。前方バネ１０８は、吸気オリフィス８４から前面１１０に向かって直径が減少するコイルバネであることが好ましい。窪み付きカラー１１２は、後方部分１０２を中間部分１０４から分離し、後部スナップリング１１４をロッド１００に装着することができる地点を提供する。前方バネ１０８の直径は、後部スナップリング１１４の直径とほぼ等しいか又は僅かに小さい。後部スナップリング１１４は、片側で前方バネ１０８と係合し、反対側で後方バネ１１６と係合する。前方バネ１０８と同様に、後方バネ１１６は、ソレノイド９６近傍の幅広の直径から、後部スナップリング１１４の直径とほぼ等しいサイズか又はこれよりも僅かに小さい直径までテーパが付けられている。後方バネ１１６は、好ましくはコイルバネであり、ソレノイド９６の前面１１８と後部スナップリング１１４との間で押し込まれている。前方部分１０６はまた、前部スナップリング１２２の装着点となる窪み付きカラー１２０を含む。前部スナップリング１２２の直径は、テーパ付き前方バネ１０８よりも小さい。前部スナップリング１２２は、ロッド１００の前方部分１０６上に前側ディスク１２４を固定保持する。従って、前側ディスク１２４は、前部スナップリング１２２と前面１１０との間で固定的に押し込まれる。前側ディスク１２４は、ロッド１００の前方部分１０６を摺動可能に係合するように構成された内径を有する。前方バネ１０８は、以下で説明するように後側ディスク１２６を係合するようなサイズにされる。
【００３０】
ディスク１２４、１２６は、吸気オリフィス８４に入り排気オリフィス８６から出るブローバイガスの量を管理する。図５及び図６は、ソレノイド機構９０に組み付けられ、ゴムハウジング８０及び外側ハウジング８２の外部にある空気流リストリクタ９２を示す。従って、プランジャ９４は、図示のようなソレノイド９６の後方部分に嵌合する。コネクタワイヤ７８は、ソレノイド９６に結合され、ソレノイド９６に送給された電流を調整制御することにより、ソレノイド９６内のプランジャ９４の位置を管理する。ソレノイド９６を通る電流を増減することにより、内部に生成される磁場がこれに応じて増減する。磁化プランジャ９４は、ソレノイド９６内外に摺動することにより磁場の変化に応答する。コネクタワイヤ７８を介してソレノイド９６に送給された電流を増大させると、ソレノイド９６内の磁場が増大し、磁化プランジャ９４がソレノイド９６内で更に下降するようになる。逆に、コネクタワイヤ７８を介してソレノイド９６に供給された電流を減少させると、内部の磁場が減少し、磁化プランジャ９４がソレノイド９６の内部から外に摺動するようになる。本明細書で更に詳細に示すように、ソレノイド９６内のプランジャ９４の位置決めにより、何れかの所与の時間に吸気オリフィス８４に入ることができるブローバイガスの量が少なくとも部分的に決まる。これは、ロッド１００及びこれに固定された対応する前側ディスク１２４とプランジャ９４の相互作用により達成される。
【００３１】
図５は、閉位置での空気流リストリクタ９２を具体的に示している。ロッド１００の後方部分１０２は、ソレノイド９６の延長部１２８の内径のサイズに近い外径を有する。従って、ロッド１００は、延長部１２８及びソレノイド９６内で摺動することができる。外側ハウジング８２内のロッド１００の位置は、図７〜図９に更に具体的に示すように、プランジャ９４との後方部分１０６の係合に起因するプランジャ９４の位置決めに左右される。図５に示すように、後方バネ１１６は、延長部１２８の前面１１８と後部スナップリング１１４の間で圧縮される。同様に、前方バネ１０８は、後部スナップスプリング１１４と後側ディスク１２６の間で圧縮される。図７〜図９でより良好に示すように、前側ディスク１２４は、足部１３２の直径よりも小さな直径を有する延長部１３０を含む。後側ディスク１２６の足部１３２は、テーパ付き前方バネ１０８の直径にほぼ等しい。このように、前方バネ１０８は、後側ディスク１２６の延長部１３０を覆って収められ、直径方向に大きな足部１３２の平坦面と係合する。後側ディスク１２６の内径は、ロッド１００の中間部分１０４の外径のサイズにほぼ等しい。これにより、後側ディスク１２６がその上で摺動できるようになる。前側ディスク１２４は、直径が中間部分１０４又は後方部分１０２よりも小さいロッド１００の前方部分１０６の外径のサイズにほぼ等しい内径を有する。この点に関して、前側ディスク１２４は、前面１１０と前部スナップリング１２２との間でロッド１００の前方部分１０６上の所定位置でロックされる。従って、前側ディスク１２４の位置は、プランジャ９４に結合されるロッド１００の位置によって決まる。プランジャ９４は、上述のように、接続ワイヤ７８により送給された電流量に応じてソレノイド９６内外に摺動する。
【００３２】
図６は、クランクケース３４と吸気マニホールド３８との間で生成される真空の増大によって、後側ディスク１２６が後退して吸気オリフィス８４から離れ、その結果、空気が貫流可能になったＰＣＶ弁１８を示す。この状況では、ディスク１２６に作用するエンジン真空圧力は、前方バネ１０８により作用する相反力に打ち勝たなければならない。この場合、少量のブローバイガスが、前側ディスク１２４のアパーチャ１３４のペアを通ってＰＣＶ弁１８を通過することができる。
【００３３】
図７〜図９は、汚染制御システム１０による、ＰＣＶ弁１８の機能を更に具体的に例示している。図７は、閉位置のＰＣＶ弁１８を示す。この場合、ブローバイガスは、吸気オリフィス８４に入ることができない。図示のように、前側ディスク１２４は、吸気オリフィス８４内で定められるフランジ１３６と互いに接触している。後側ディスク１２６の足１３２の直径部は、吸気オリフィス８４を通る空気流を阻止するために、前側ディスク１２４のアパーチャ１３４を覆って延びてこれを取り囲む。この位置において、プランジャ９４は、ソレノイド９６内に配置されており、その結果、ロッド１００は吸気オリフィス８４の方に押圧される。その結果、後方バネ１１６は、延長部１２８の前面１１８と後部スナップリング１１４との間で圧縮される。同様に、前方バネ１０８は、後部スナップスプリング１１４と後側ディスク１２６の足部１３２との間で圧縮される。
【００３４】
図８は、クランクケースに対して吸気マニホールドにより作用される真空圧力が前方バネ１０８により作用される圧力よりも大きく、前側ディスク１２４と互いに接触して後側ディスク１２６を位置づける状態を示す実施形態である。この場合、後側ディスク１２６は、ロッド１００の外径部に沿って摺動することができ、その結果、前側ディスク１２４のアパーチャ１３４が開放される。限定的な量のブローバイガスが、方向矢印により示されるように、吸気オリフィス８４を通ってＰＣＶ弁１８に入ることができる。勿論、ブローバイガスは、排気オリフィス８６を通ってＰＣＶ弁１８から出る。図８に示す位置では、ブローバイガス空気流は、前側ディスク１２４がフランジ１３６に当接して着座した状態のままであるので、依然として制限されている。従って、限定的な空気流だけが、アパーチャ１３４を通過することが可能である。エンジン真空が増大すると、その結果として後側ディスク１２６に対して作用する気圧が増大する。従って、前方バネ１０８は更に圧縮されて、後側ディスク１２６が引き続き移動して前側ディスク１２４から離れ、その結果、より大きな空気流経路が生成され、更なるブローバイガスの漏出が可能になる。更に、ソレノイド９６内のプランジャ９４は、制御装置１２により決定されるように、ロッド１００をＰＣＶ弁１８内に位置決めしてバネ１０８、１１６により大きな又はより小さな圧力を作用させ、吸気オリフィス８４を通る空気流を制限又は許容することができる。
【００３５】
図９は、コネクタワイヤ７８を通る電流を変化させることによって、プランジャ９４をソレノイド９６内から後退させることで更なる空気流が吸気オリフィス８４を通過することが許容された別の状態を示す。ソレノイド９６を通る電流を低減すると、内部に生成された対応する磁場が低減し、磁気プランジャ９４が後退することができる。従って、ロッド１００は、プランジャ９４と共に後退し吸気オリフィス８４から離れる。これにより、前側ディスク１２４がフランジ１３６から離れることができ、その結果、更なる空気流が前側ディスク１２４の外径周りで吸気オリフィス８４に入ることができる。勿論、吸気オリフィス８４を通って排気オリフィス８６から出る空気流の増加により、クランクケースから吸気マニホールドへのブローバイガスの通気を増大させることが可能になる。１つの実施形態において、プランジャ９４により、ロッド１００は、外側ハウジング８２内から完全に後退し、前側ディスク１２４及び後側ディスク１２６がもはや吸気オリフィス８４を通って排気オリフィス８６から出る空気流を制限しないようにすることができる。これは、ブローバイガス量の増大がエンジンによりもたらされる高エンジンＲＰＭ及び高エンジン負荷時に特に望ましい。勿論、バネ１０８、１１６は、ＰＣＶ弁１８が汚染制御システム１０に組み込まれることになる特定の自動車に応じて異なる定格を有することができる。
【００３６】
汚染制御システム１０の別の態様において、流量制御オリフィス１９は、図２に示すように、ＰＣＶ弁１８と吸気マニホールド３８との間に配置されている。流量制御オリフィス１９は、エンジン動作中に戻り管路７６を通る空気流の量を調整制御し、本明細書で説明する実施形態の何れかと共に使用することができる。具体的には、止めネジ１３８は、ＰＣＶ弁１８と吸気マニホールド３８との間に配置された管路ブロック１４０にある。止めネジ１３８及び管路ブロック１４０は、クランクケース３４と吸気マニホールド３８との間の真空圧力を調整制御するよう設計されている。流量制御オリフィス１９により真空圧力を増加／減少させると、ブローバイガスがクランクケース３４から吸気マニホールド３８を通気する速度が影響を受ける。例えば、排気オリフィス８６を通ってＰＣＶ弁１８から出るブローバイガスは、戻り管路に７６に入る。戻り管路７６は、管路ブロック１４０に対して圧力シールされている。図２において方向矢印で示されるように、止めネジ１３８は、管路ブロック１４０に取り付け又は取り外すことができる。止めネジ１３８は、このようにして管路ブロック１４０を通る空気流を調整制御するのに使用される。止めネジ１３８の目的は、戻り管路７６と補助戻り管路７６’との間の空気流リストリクタとして機能することである。止めネジ１３８を管路ブロック１４０に挿入すると、戻り管路７６及び補助戻り管路７６’との間の空気流が制限される。従って、止めネジ１３８は、エンジン真空に対処する戻り管路７６内に背圧を蓄積する。従って、クランクケース３４から通気管路７４及びＰＣＶ弁１８内に通気されるブローバイガスの量が減少する。汚染制御システム１０がクランクケース３４から吸気マニホールド３８内に通気されたブローバイガスの量を増大させようとするときには、制御装置１２は、管路ブロック１４０内から外に止めネジ１３８を後退させ、エンジン真空に作用する背圧を減少させる。これにより、戻り管路７６から補助戻り管路７６’までのより多くのブローバイガスの通過を可能にする。止めネジ１３８は、制御装置１２によりデジタル処理で電気的に制御可能であり、止めネジ１３８の位置決めは、センサ２０、２２、２４、２５、２６、２８、３０、３２、３３の何れか１つを介して制御装置１２により取得された測定値、又は制御装置１２により受け取られた又は計算された他の何れかのデータに依存することができる。
【００３７】
止めネジ１３８は、管路ブロック１４０内の同様のネジ山のセット（図示せず）と係合する複数のネジ山１４２を含む。止めネジ１３８に結合された電子システムは、制御装置１２により提供された命令に従って、管路ブロック１４０内で止めネジ１３８を締め付け、又は緩めることができる。戻り管路７６と補助戻り管路７６’との間の空気流を管路ブロック１４０に結合された止めネジ１３８と同様に調整制御できる、当該技術分野において周知の多くの機械式及び／又は電気式機構が存在し得ることは、当業者であればれ容易に理解されるであろう。一般に、吸気マニホールド３８とクランクケース３４との間の空気流を調整制御することができる、流量制御オリフィス１９に匹敵する任意の機構は、止めネジ１３８及び管路ブロック１４０の代わりに使用することができる。
【００３８】
図１〜図２に関して上記で説明したように、制御装置１２は、戻り管路７６と補助戻り管路７６’との間の空気流量を止めネジ１３８を用いて管理し、プランジャ９４でＰＣＶ弁１８を通る空気流量を制御する。これらの特徴部は、協働して汚染制御システム１０内の真空圧力を管理し、その結果、クランクケース３４と吸気マニホールド３８との間の空気流の流量を管理する。制御装置１２は、スイッチ、タイマ、間隔タイマ、リレー付きタイマ、又は当該技術分野で公知の他の車両制御モジュールなどの１つ又はそれ以上の電子品回路を含むことができる。制御装置１２は、これらの制御モジュールの１つ又はそれ以上の動作に応答してＰＣＶ弁１８及び／又は流量制御オリフィス１９を操作する。例えば、制御装置１２は、Ｗｅｓｔ  Ｖｉｒｇｉｎｉａ州Ｂｅｃｋｌｅｙ所在のＢａｋｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｘにより提供される、ＲＷＳウィンドウスイッチモジュールを含むことができる。ＲＷＳモジュールは、予め選択されたエンジンＲＰＭを上回ると作動し、更に高い予め選択されたエンジンＲＰＭを上回ると非作動になる電気スイッチである。ＲＷＳモジュールは、出力がＲＰＭのウインドウ中に作動される理由から「ウィンドウスイッチ」とみなされる。ＲＷＳモジュールは、例えば、クランクケース３４から通気されたブローバイガスの空気流量を調節するためにエンジンＲＰＭセンサ２８と共に機能することができる。
【００３９】
好ましくは、ＲＷＳモジュールは、流量制御オリフィス１９内の止めネジ１３８の位置の設定時、又はソレノイド９６内のプランジャ９４の位置の設定時に大部分のタコメータにより使用される標準的コイル信号と協働する。自動車タコメータは、リアルタイムエンジンＲＰＭを測定する装置である。１つの実施形態において、ＲＷＳモジュールは、流量制御オリフィス１９を作動させて止めネジ１３８を位置決めし、戻り管路７６から補助戻り管路７６への空気流を阻止するようにすることができる。この場合、ＰＣＶ弁１８は、クランクケース３４から吸気マニホールド３８にブローバイガスを通気するものではない。別の実施形態において、ＲＷＳモジュールはブローバイガス生成が最小であるときに、低エンジンＲＰＭでソレノイド９６内のプランジャ９４を作動させることができる。この場合、プランジャ９４は、前側ディスク１２４が図７に全体的に示すようにフランジ１３６に接して着座するように、吸気オリフィス８４の方にロッド１００を押しつける。この点に関して、ＰＣＶ弁１８は、エンジン真空が高くても、前側ディスク１２４のアパーチャ１３４を介してクランクケースから吸気マニホールドに少量のブローバイガスを通気する。高いエンジン真空により、強制的にブローバイガスをアパーチャ１３４に通過させ、その結果、後側ディスク１２６が強制的に前側ディスク１２４から離され、前方バネ１０８が圧縮される。アイドル状態では、ＲＷＳモジュールは、前側ディスク１２４がフランジ１３６から離れるのを阻止するようにソレノイド９６を作動させ、その結果、大量の空気がエンジンクランクケースと吸気マニホールドとの間に流れるのが阻止される。これは、エンジン真空は相対的に高くてもエンジン内で生成されるブローバイガスの量が相対的に少ないので、低ＲＰＭ時に特に望ましい。明らかに、制御装置１２は、ＰＣＶ弁１８及び流量制御オリフィス１９を同時に調整制御し、クランクケース３４から通気されるブローバイガスの空気流量を設定するように汚染制御システム１０内の所望の真空圧力を達成することができる。
【００４０】
ブローバイガス生成は、加速中、エンジン負荷増大中、及びエンジン高ＲＰＭで増加する。従って、ＲＷＳモジュールは、流量制御オリフィス１９を作動させて、止めネジ１３８を管路ブロック１４０内から部分的に又は完全に取り外すことができる。これにより、内部の高エンジン真空に起因して、クランクケース３４から吸気マニホールド３８への空気流量が効果的に増大する。更に、ＲＷＳモジュールは、ソレノイド９６に与えられる電流を遮断又は低減して、プランジャ９４がソレノイド９６内から後退し、その結果、前側ディスク１２４がフランジ１３６（図９）から離れて、より多量のブローバイガスがクランクケース３４から吸気マニホールド３８に通気できるようにすることができる。これらの機能性は、選択されたＲＰＭで、又はＲＷＳモジュールに予めプログラムされている選択ＲＰＭの所与の範囲内で発生することができる。ＲＷＳモジュールは、自動車がより高いＲＰＭのような別の予め選択されたＲＰＭを上回ったときに再び作動し、その結果、管路ブロック１４０内で止めネジ１３８を再び挿入し、或いはソレノイド９６内でプランジャ９４を再び係合することができる。
【００４１】
代替の実施形態において、ＲＷＳモジュールの変形例を用いて、クランクケース３４から吸気マニホールド３８への所望の空気流量に応じて止めネジ１３８を管路ブロック１４０の内外に選択的に進めることができる。この実施形態において、止めネジ１３８は、管路ブロック１４０内に２５パーセント、５０パーセント、又は７５パーセント配置され、戻り管路７６及び補助戻り管路７６’との間の空気流を選択的に部分的に遮ることができる。或いは、ＲＷＳモジュールを用いて、ソレノイド９６内からプランジャ９４を選択的に進めることができる。例えば、ソレノイド９６に送給される電流により、最初に、プランジャ９４が９００ｒｐｍで吸気オリフィス８４のフランジ１３６と前側ディスク１２４を係合させることができる。１７００ｒｐｍでは、ＲＷＳモジュールは、ソレノイド９６に送給された電流が半減される第１の段階を作動させることができる。この場合、プランジャ９４は、ソレノイド９６内から途中まで後退し、その結果、吸気オリフィス８４がブローバイガス流に対して部分的に開放される。エンジンＲＰＭが、例えば２，５００に到達すると、ＲＷＳモジュールは、ソレノイド９６に与えられる電流を排除し、プランジャ９４が、ソレノイド９６内から完全に後退して吸気オリフィス８４を全開するようにする。この位置では、前側ディスク１２４及び後側ディスク１２６が吸気オリフィス８４と排気オリフィス８６との間の空気流をもはや制限しないことが特に好ましい。各段階は、エンジンＲＰＭ又は他のパラメータ及び制御装置１２により行われる計算によって、並びにセンサ２０、２２、２４、２５、２６、２８、３０、３２、３３からの読取値に基づいて調整制御することができる。
【００４２】
制御装置１２は、特定の自動車又は車載故障診断（ＯＢＤ）仕様を満たすように予めプログラムされ、又は設置後にプログラムされ、或いは更新又はフラッシュすることができる。１つの実施形態において、制御装置１２は、自己学習ソフトウェアを備え、スイッチ（ＲＷＳモジュールの場合）が、管路ブロック１４０内の止めネジ１３８を最適に位置決めするように適合し、更に、ソレノイド９６を作動又は非作動にする、或いはソレノイド９６内のプランジャ９４の位置を進めるのに最良のタイミングに適合し、燃料効率を最適に増大させて大気汚染を低減するようにする。特に好ましい実施形態において、制御装置１２は、センサ２０、２２、２４、２５、２６、２８、３０、３２、３３により取得されたリアルタイム測定値に基づいて、ブローバイガスの通気を最適化する。例えば、制御装置１２は、自動車１６が排気センサ３２からのフィードバックを介して増大した量の有害な排気物を放出していると判定することができる。この場合、制御装置１２は、管路ブロック１４０から止めネジ１３８を取り除き、又はソレノイド９６内からのプランジャ９４の引き出しを作動させて、クランクケース内から更なるブローバイガスを通気させ、排気センサ３２により測定される、自動車１６の排気物を介して放出される汚染物質の量を低減することができる。
【００４３】
別の実施形態において、制御装置１２は、点滅するＬＥＤを備え、出力と、制御装置１２がエンジン速度パルスを受け取るのを待機中であることとを示す。ＬＥＤは、制御装置１２が正しく機能しているかどうかを評価するのに使用することもできる。ＬＥＤは、自動車が指定ＲＰＭに到達するまで点滅し、この時点で制御装置１２は、止めネジ１３８の位置決め又はコネクタワイヤ７８を介してソレノイド９６に送給される電流を変更する。特に好ましい実施形態において、制御装置１２は、エンジンＲＰＭが始動点よりも１０パーセント低くなるまで、止めネジ１３８の位置又はソレノイド９６に送給される電流の量を維持する。この機構はヒステリシスと呼ばれる。ヒステリシスは、エンジンＲＰＭが比較的短い時間期間で設定値の上下にジャンプしたときに、他の場合にチャタリングとして知られるオン／オフパルシングを排除するために汚染制御システム１０に実装されている。ヒステリシスはまた、上述の電子ベースのステップシステムに実装されてもよい。
【００４４】
制御装置１２はまた、Ｉｌｌｉｎｏｉｓ州Ａｄｄｉｓｏｎ所在のＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ＆  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．により製造される、ＫＨｌアナログシリーズオンディレータイマのような、オンディレータイマを備えることができる。遅延タイマは、初期始動時の使用に特に好ましい。低エンジンＲＰＭ時には、ブローバイガスはほとんど生成されない。従って、遅延タイマは、制御装置１２に一体化され、止めネジ１３８又はソレノイド９６及び対応するプランジャ９４の作動を遅延させることができる。好ましくは、遅延タイマは、流量制御オリフィス１９の管路ブロック１４０の内部に止めネジ１３８を完全に配置することによって、始動時に戻り管路７６と補助戻り管路７６’との間の空気流が完全に遮断された状態を維持するのを確保する。加えて、このようなオンディレータイマは、流量制御オリフィス１９を開いた後、前側ディスク１２４がフランジ１３６と互いに接触した状態を維持し、これにより吸気オリフィス８４に入るブローバイガス空気流の量が制限されるように、プランジャ９４がソレノイド９６内に完全に挿入された状態を確実に保持することができる。遅延タイマは、所定の持続時間（例えば１分）後に、吸気オリフィス８４からのディスク１２４、１２６の何れか一方の解放を作動させるように設定することができる。或いは、遅延タイマは、エンジン温度センサ２０により測定されたエンジン温度、エンジンＲＰＭセンサ２８又は加速度計センサ３０により測定されたエンジンＲＰＭ、或いは、点火プラグセンサ２２、バッテリセンサ２４又は排気センサ３２から受け取られた測定値の関数として制御装置１２により設定することができる。遅延は、前述の読取り値の何れかに応じた可変の範囲を含むことができる。可変タイマはまた、ＲＷＳスイッチと一体化することもできる。
【００４５】
別の代替の実施形態において、制御装置１２は、点火プラグセンサ２２を介してエンジン内のシリンダの数及び形式を自動的に検知することができる。この実施形態において、点火プラグセンサ２２は、エンジン内の点火プラグ間での点火プラグ点弧間の遅延を測定する。例えば、４気筒エンジンは、６気筒、８気筒、又は１２気筒エンジンとは異なる点火プラグ点弧のシーケンスを有する。制御装置１２は、この情報を使用して自動的にＰＣＶ弁１８又は流量制御オリフィス１９を調整制御することができる。自動車エンジン内の弁の量を検知する能力を有することにより、最小限のユーザ介入で制御装置１２を自動車１６に自動的に導入することが可能になる。この点に関して、制御装置１２は、プログラムされる必要はない。その代わりに、制御装置１２は、点火プラグセンサ２２を介して弁の数量を自動的に検知し、検知したエンジン用に設計された制御装置１２の内部回路内に格納されたプログラムに従って、ＰＣＶ弁１８又は流量制御オリフィス１９を操作する。
【００４６】
制御装置１２は、図１に示すように自動車１６のボンネット１４の内部に取り付けられることが好ましい。制御装置１２は、図示のようにユーザが制御装置１２を取り付けることを可能にするインストールキットでパッケージングすることができる。電気的に、制御装置１２は、任意の好適な１２ボルトサーキットブレーカにより電源供給される。制御装置１２を有するキットは、１つの１２ボルトサーキットブレーカを回路パネルから取り外して、複数の接続部（１つがオリジナルの回路用、少なくとももう１つが制御装置１２への接続用）を有するアダプタ（図示せず）と置き換えることができるアダプタを含むことができる。制御装置１２は、ＰＣＶ弁１８のコネクタワイヤ７８に一方向接続する電線（図示せず）のセットを含み、よって、汚染制御システム１０を設置するユーザが、制御装置１２とＰＣＶ弁１８との間でワイヤを渡すことができない。制御装置１２はまた、リモコン又はハンドヘルドユニットを介して無線でアクセスされ、制御装置１２により読み取られ、格納され、又は計算されたリアルタイムの計算及び測定値、格納データ又は他の情報にアクセス又はダウンロードすることもできる。
【００４７】
汚染制御システム１０の別の態様において、制御装置１２は、エンジン動作周波数に基づいてＰＣＶ弁１８又は流量制御オリフィス１９を調整制御する。例えば、制御装置１２は、エンジンが共振周波数を通るときに、プランジャ９４を作動又は非作動にすることができる。或いは、制御装置１２は、検知されたエンジン周波数に基づいて管路ブロック１４０内で止めネジ１３８を選択的に位置決めすることができる。好ましい実施形態において、制御装置１２は、エンジンが共振周波数を通るまで、クランクケース３４から吸気マニホールド３８への全ての空気流を阻止する。これは、管路ブロック１４０内で止めネジ１３８を完全に差し込んで位置決めすることにより達成することができ、その結果、戻り管路７６から補助戻り管路７６’への空気流が阻止される。制御装置１２はまた、上述のように、種々の作動条件でのエンジンの検知周波数に基づいてＰＣＶ弁１８又は流量制御オリフィス１９を調整制御するようプログラムすることもできる。
【００４８】
更に、汚染制御システム１０は、無鉛及びディーゼル自動車エンジンを含む、多種多様なエンジンと共に使用可能である。汚染制御システム１０はまた、より大型の定置エンジンと共に使用され、或いは、ボート又は他の重機械と共に使用することもできる。汚染制御システム１０は、エンジン又は車両の性能を測定する複数のセンサと組み合わせて、１つ又はそれ以上の制御装置１２、１つ又はそれ以上のＰＣＶ弁１８及び／又は１つ又はそれ以上の流量制御オリフィス１９を含むことができる。自動車に関連した汚染制御システム１０の使用は、上記で詳細に説明したように、単に好ましい実施形態に過ぎない。勿論、汚染制御システム１０は、再循環及び再利用することができる排気ガス生成のある可燃材料を利用する多種多様な領域にわたって応用される。
【００４９】
汚染制御システム１０の別の態様において、制御装置１２は、ＰＣＶ弁１８及び流量制御オリフィス１９の制御を調節することができる。流量制御オリフィス１９の主たる機能は、クランクケース３４と吸気マニホールド３８との間でエンジン真空の量を制御することである。管路ブロック１４０内の止めネジ１３８の位置決めにより、主として、クランクケース３４から吸気マニホールド３８に進むブローバイガスの空気流量が決定される。一部のシステムでは、流量制御オリフィス１９は、単にアパーチャとすることができ、このアパーチャを通る選択空気流は、相手先商標製品の製造会社（ＯＥＭ）によって本システムが一定の影響力を下回らないように構成されている。制御装置１２が故障した場合、汚染制御システム１０は、ＰＣＶ弁１８が二段階逆止弁として機能するＯＥＭ設定に戻るよう既定設定されている。汚染制御システム１０の特に好ましい態様は、フラッシュ更新可能な制御装置１２を含めることにより、現在及び将来のＯＢＤ規格と互換性があることである。更に、汚染制御システム１０の動作は、現在のＯＢＤ及びＯＢＤ−ＩＩシステムの動作条件に影響を与えるものではない。制御装置１２は、標準的ＯＢＤプロトコルに従ってアクセス及び問い合わせをすることができ、フラッシュ更新は、制御装置１２が将来のＯＢＤ規格と互換性がある状態を維持するようにＢＩＯＳを修正することができる。好ましくは、制御装置１２は、クランクケース３４及び吸気マニホールド３８との間のエンジン真空を調整制御するように流量制御オリフィス１９と連動してＰＣＶ弁１８を操作し、その結果、システム１０内のブローバイガスを最適に通気するように空気流量が管理される。
【００５０】
汚染制御システム１０の別の態様において、ガス／燃料蒸気源１４４（図２）は、逆止弁１４６により通気管路７４に結合することができる。制御装置１２は、蒸気源１４４及び逆止弁１４６を調整制御する。蒸気源１４４は、水素供給源を含むのが好ましく、該水素供給源は、気管路７４に選択的に噴射して、吸気マニホールド３８に戻し、エンジン３６内での燃焼用に追加燃料を供給するようにされる。従って、制御装置１２は、蒸気源１４４をエンジン真空に曝すように逆止弁１４６を選択的に操作する。エンジン真空により、制御装置１２が逆止弁１４６を開いたときに蒸気源１４４から燃料が引き込まれる。制御装置１２は、汚染制御システム１０の動作及び前記複数のセンサ２０、２２、２４、２５、２６、２８、３０、３２、３３の何れかから受け取ったフィードバックに応じて、逆止弁１４６の開放及び／又は閉鎖を調節することができる。蒸気源１４４は、例えば、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の供給源を含むことができ、或いは、吸気マニホールド３８内で混合されたブローバイガス及び燃料の燃焼を最適に助けるために通気管路７４に供給されるのが望ましい量に比例して、水素をオンザフライで生成する水素発生器を含むことができる。例えば、水素発生器は、水素を生成するために電気エネルギーに依存する。アイドル状態では、水素需要量は、エンジン低ＲＰＭに起因して少ない場合があり、その結果、制御装置１２は、低電圧時に少量の水素を生成するように蒸気源１４４を設定する。エンジンＲＰＭが高くなると、通気管路７４に供給される水素量を増大させることが望ましい。次いで、制御装置１２は、例えば、供給される電圧を増大させることにより、蒸気源１４４において水素の生成を増大させることができる。蒸気源１４４により逆止弁１４６を通って供給された燃料量は、エンジン３６内のブローバイガスの再循環及び燃焼をより良好に最適化する。
【００５１】
汚染制御システム１０の別の態様において、制御装置１２は、ＰＣＶ弁１８、流量制御オリフィス１９又は蒸気源１４４に関して上記で詳細に説明したように、動作構成要素の作動及び／又は非作動を調節することができる。このような調節は、例えば、前述の制御構成要素をデジタル処理で作動、非作動、又は選択的に中間に位置付ける前述のＲＷＳスイッチ、オンディレータイマ、又は他の電子回路を介して達成される。例えば、制御装置１２は、１〜２分の時間期間にわたってＰＣＶ弁１８を選択的に作動させ、その後、１０分間ＰＣＶ弁１８を選択的に非作動にすることができる。これらの作動／非作動シーケンスは、例えば、運転スタイルに基づいて所定又は学習シーケンスに従って設定することができる。予めプログラムされたタイミングシーケンスは、制御装置１２のフラッシュ更新によって変えることができる。
【００５２】
例示の目的で幾つかの実施形態をある程度詳細に説明してきたが、本発明の範囲及び技術的思想から逸脱することなく、各々に対して様々な改変を行うことができる。従って、本発明は、添付の請求項によってのみ限定されるべきである。
【符号の説明】
【００５３】
６４：エミッション
４０：燃料管路
３８：吸気マニホールド
４２：空気管路
４４：空気フィルタ
４６：新鮮な空気
１８：ＰＣＶ弁
１４４：燃料蒸気供給源用ガス
【図１】
0005658670.tif 000002
【図２】
0005658670.tif 000003
【図３】
0005658670.tif 000004
【図４】
0005658670.tif 000005
【図５】
0005658670.tif 000006
【図６】
0005658670.tif 000007
【図７】
0005658670.tif 000008
【図８】
0005658670.tif 000009
【図９】
0005658670.tif 000010