(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランクケース換気ガスから脱油をする装置であって、
直接的または間接的にクランクケース（５）と接続され、第１圧力領域（ｐ1）とつながっているガス流入口（２Ａ）と、直接的または間接的に空気吸込管（６）と接続され、第２圧力領域（ｐ２）とつながっているガス流出口（２Ｂ）と、前記内燃機関の油溜め及び接続された油流出口（２Ｃ）を有する少なくとも１つの油霧分離器と、
前記第１圧力領域（ｐ1）とつながっているガス流入口（３Ａ）と、前記第２圧力領域（ｐ２）とつながっているガス流出口（３Ｂ）とを有し、クランクケース換気ガスが貫流可能であると共に、両方の圧力領域の差圧（Δｐ＝ｐ１−ｐ２）が所定の開放圧力差を下回っているときは閉塞されている迂回流路（３）と、を備え、
前記迂回流路（３）に、前記差圧（Δｐ＝ｐ１−ｐ２）が所定の開放圧力差を上回っているときに、前記迂回流路（３）を無段階にまたは段階的に開放する少なくとも１つの手段（４）を設け、
前記迂回流路（３）が開いているとき、クランクケース換気ガスの部分容積流量分が前記油霧分離器（２）をさけて通過し、前記迂回流路（３）を通って前記第１圧力領域（ｐ1）から前記第２圧力領域（ｐ２）に流れ込むものにおいて、
前記迂回流路（３）が開いているとき、前記迂回流路（３）と前記手段（４）とは、流れの方向転換と衝突分離とによってクランクケース換気ガスの油分離を行うことを特徴とする装置。
【請求項２】
迂回流路（３）を開閉するための手段（４）が圧縮ばね（４Ｃ）で付勢される弁体（４Ａ）であり、この弁体は、所定の開放圧力差を下回っているときには圧縮ばね（４Ｃ）によって迂回流路（３）に配置された弁座（４Ｂ）に対する閉止位置に押圧されており、所定の開放圧力差を上回ると、弁体（４Ａ）は圧縮ばね（４Ｃ）に抗して流れ隙間（Ｓ）を作り出すように弁座（４Ｂ）から持ち上げられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
差圧のない状態での圧縮ばね（４Ｃ）の取付長さを調整可能であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
圧縮ばね（４Ｃ）の弁体（４Ａ）とは反対側の端部が、迂回流路（３）にある支持部材（４Ｄ）に支持されており、この支持部材と弁座との軸方向の間隔が調整可能であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
迂回流路（３）を開閉するための手段（４）が弁体（４Ａ）で構成されており、この弁体は、所定の開放圧力差を下回っているときには重力によって、迂回流路（３）に配置された弁座（４Ｂ）に対して閉鎖位置に押圧され、所定の開放圧力差を上回ると弁体（４Ａ）は弁座（４Ｂ）から持ち上げられて流れ隙間（Ｓ）を作り出すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
弁体（４Ａ）を弁座（４Ｂ）に対して持ち上げることのできる最大量を規定する弁ストローク制限ストッパが設けられていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
迂回流路（３）を開閉するための手段（４）が、迂回流路（３）内で揺動可能に配置されたスロットルバルブで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
迂回流路（３）を開閉するための手段（４）がプレート開閉弁で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
油霧分離器（２）がサイクロンとして構成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
油霧分離器（２）が、網目型分離器または巻回型分離器などの形態の凝集分離器として構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
迂回流路（３）が、油霧分離器（２）の一体化された構成要素として構成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
迂回流路（３）とサイクロン（２）が一体的にプラスチックで製造されていることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
油霧分離器（２）と迂回流路（３）がそれぞれのガス流入口（２Ａ，３Ａ）とともに共通の収容ケース（７）の中に配置されており、この収容ケースは第１圧力領域とつながっており、油霧分離器（２）と迂回流路（３）のガス流出口（２Ｂ，３Ｂ）は収容ケース（７）内の圧力領域に対して密閉され、収容ケース（７）から第２圧力領域へ通じていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
油霧分離器（２）と迂回流路（３）のガス流出口（２Ｂ，３Ｂ）が、第２圧力領域とつながっている密閉された中間室（８）に連通していることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
油霧分離器（２）と迂回流路（３）のガス流出口（２Ｂ，３Ｂ）が別々に収容ケース（７）から出て第２圧力領域に通じていることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
迂回流路（３）の壁部が、間隙空間（３Ｃ）を作り出すように開閉手段（４）を包囲していることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
間隙空間（３Ｃ）の流れ断面積が最大で前記手段（４）の通過断面積と同じ大きさであることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
迂回流路（３）が油流出口を介して直接的または間接的に油溜めとつながっていることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
迂回流路（３）が開いているか否かを検知するセンサが設けられており、このセンサは、迂回流路（３）が開いているときに視覚的または音響的な警告信号を生成する、請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記手段（４）の手前における迂回流路（３）の断面積が、前記手段（４）の流れ衝突面（４Ｅ）の１／３から１／８であることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、クランクケースと接続されたガス流入口と、空気吸込管と接続されたガス流出口と、内燃機関の油溜めと接続された油流出口とを有する少なくとも１つの油霧分離器を備える、内燃機関のクランクケース換気ガスから脱油をする装置に関する。
【０００２】
内燃機関を作動させると、いわゆるブローバイガスがクランクケースの内部空間に入り込むので、これを外へ逃がさなければならない。そうしないと、クランクケースの内圧の好ましくない上昇が起こるからである。この目的のためにブローバイガスは、クランクケース換気ガスとして、換気経路を介して内燃機関の空気吸込管に再び戻される。クランクケース換気ガスの脱油をするために、ガスは公知のやり方で油霧分離器に通される。この油霧分離器のガス流入口は直接的に、またはクランクケース負圧制御弁を介して間接的に、クランクケースと接続されており、油霧分離器のガス流出口は直接的に、またはクランクケース負圧制御弁を介して間接的に、空気吸込管と接続されている。その際、油霧分離器はその流れ抵抗に基づいて圧力差を生成する（Δｐ＝ｐ１−ｐ２）。
【０００３】
以下においては、ガス流入口側の圧力領域を第１圧力領域（ｐ１）と呼び、ガス流出口側の圧力領域を第２圧力領域（ｐ２）と呼ぶ。
【０００４】
つまり油霧分離器による圧力降下（差圧形成）は、クランクケース内の圧力上昇を直接的に引き起こす。しかも、油霧分離器の分離効率は圧力差に依存している。
【０００５】
油霧分離器としては、好ましくはサイクロンや、網目型分離器または巻回型分離器などの形態のいわゆる凝集分離器が用いられる。サイクロン油霧分離器は、たとえばドイツ特許公報ＤＥ４２１４３２４Ｃ２から公知である。凝集分離器を備える脱油装置はドイツ特許公報１９７２９４３９Ａ１に記載されている。
【０００６】
しかし、このような油霧分離器を採用するときに問題となるのは、流れ抵抗と、これに伴って油霧分離器で生じる圧力差が一定ではなく、油霧分離器の種類毎に、一定のパラメータに依存して変化することである。サイクロンの場合、流れ抵抗と、これに伴う圧力差は、ブローバイガスの容積流量に依存している。さらにこの容積流量は、短時間で変化する可能性のある内燃機関の負荷状態や回転数に依存している。さらにブローバイガスの容積流量は、時間の経過とともに増大する内燃機関の磨耗によっても左右される。網目型分離器または巻回型分離器の場合、流れ抵抗は、やはり時間の経過とともに増える可能性のある汚れ度に依存している。その対策として従来技術は、差圧に応じて調節可能な弁によって制御される迂回流路を提案している。しかしながら、迂回流路を通って流れるガスから油霧を分離することができないという欠点がある。
【０００７】
一定の程度を越える油霧分離器での差圧上昇は、クランクケース内の許容されない圧力上昇を引き起こし、こうした圧力上昇は、特にそれが長時間生じている場合や頻繁に生じる場合、内燃機関の損傷につながってしまう。
【０００８】
したがって本発明の課題は、どのような動作条件のもとでも油霧分離が行われるとともに、クランクケース内での許容されない圧力上昇が防止されるような、クランクケース換気ガスを脱油する装置を開発することである。
【０００９】
この課題は請求項１の特徴部に記載の特徴によって解決される。これに続く従属請求項は、本発明の好適な実施形態や変形例を記載している。
【００１０】
本発明による装置は、バイパスとして油霧分離器と平行にクランクケース換気経路に配置された、その貫流に関して制御可能な迂回流路を使用する。この目的のために、迂回流路は、クランクケース（第１圧力領域）と直接的または間接的に接続されたガス流入口と、空気吸込管（第２圧力領域）と直接的または間接的に接続されたガス流出口とを有している。ガスの貫流を制御するために、本発明によれば、クランクケース換気ガスが貫流するための迂回流路を、両方の圧力領域の圧力差（Δｐ＝ｐ１−ｐ２）が所定の開放圧力差を上回っているときに、迂回流路を無段階にまたは段階的に開放する同時に、迂回流路が開いているときに油霧分離を行う手段が設けられている。また、その手段を含めた迂回流路は、迂回流路の中でも流れの方向転換と衝突分離によって、ないしは衝撃によって、クランクケース換気ガスの油分離を行う。したがって、装置全体（油霧分離器プラス制御可能な迂回流路）の分離挙動に関して、バイパスが開いているときでもなお分離度が十分に高いことが保証される。迂回流路で分離された油を排出するために、迂回流路は、たとえば油流出口を介して油溜めと接続されている。
【００１１】
油霧分離器における差圧が所定の値を上回ると、クランクケース換気ガスを貫流させるため迂回流路を前記手段が開放するので、クランクケース換気ガスの部分容積流量が油霧分離器をそれて、迂回流路を通って第２圧力領域（空気吸込管）に流れ込む。このようにして、クランクケース内での有害な圧力上昇と油霧分離不足とを防止することができる。
【００１２】
現実問題として油霧分離器は、一定の容積流量について一定の分離度を有するように設計され、このことには一定の差圧降下も含んでいる。その際作動点の設定にあたっては、場合によりある程度の許容差をプラスした差圧が、クランクケース圧力にとってクリティカルな限度以下になるように配慮する。
【００１３】
時間の経過とともに、内燃機関の同じ動作条件（負荷状態、回転数）でブローバイガスの容積流量が磨耗のために恒常的に大きくなると、このことはサイクロン油霧分離器の場合、急激な差圧増大を引き起こし、これがひいてはクランクケース内部の有害な圧力上昇につながってしまう。そこでこうした差圧増大には、制御可能なバイパスで対処することができる。このとき迂回流路を開閉する前記手段は、開放圧力が、クランクケースにとってのクリティカルな限度値に必要に応じて許容値を付与した値と等しくなるように設計される。
【００１４】
本発明に基づく制御可能なバイパスは、時間の経過とともに磨耗のために同じ容積流量で装置全体のはるかに高い差圧を生成することになる網目型分離器または巻回型分離器でも同様に適用できる。特に網目型分離器または巻回型分離器の場合、本発明によれば、迂回流路が開いているか否かを検知するセンサがさらに設けられる。そして迂回流路が開いているとき（弁が開放位置であるとき）には、内燃機関の操作者に対する視覚的または音響的な警告信号が生成される。そしてこの信号は、網目型分離器または巻回型分離器が一定の汚れ度に達したことを表す合図になる。そこで操作者は相応の対処をし、網目型分離器または巻回型分離器を交換することができる。
【００１５】
制御可能な迂回流路による差圧制限作用は、当然ながら、ある程度の期間が経過してから内燃機関の磨耗や油霧分離器の汚れによって差圧増大が発生したときに生じるだけではなく、差圧増大が短期間で発生した場合にも機能する。
【００１６】
次に、添付の図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
【００１７】
図１は、換気経路における本発明に基づく装置（１）の配置を模式的に示している。ここではクランクケース負圧制御弁が本発明に基づく装置の前に配置されている。装置（１）は、油霧分離器（２）と制御可能な迂回流路（３）とで構成されており、これらは換気されるべきクランクケース（５）と空気吸込管（６）との間に配置されている。空気吸込管（６）の中で生じている負圧は、内燃機関の特定の動作状態のときに著しく増大する。大きすぎる負圧を防止するために、ここでは脱油装置（１）の手前に配置された、いわゆるクランクケース負圧制御弁（９）が設けられている。したがって油霧分離器（２）および迂回流路（３）のガス流入口（２Ａ，３Ａ）は、クランクケース負圧制御弁（９）を介して、クランクケース（５）の圧力領域と間接的に接続されている。ガス流入口側の圧力は、第１圧力領域として図示されている。油霧分離器（２）および迂回流路（３）のガス流出口（２Ｂ，３Ｂ）は、ここでは、第２圧力領域として図示されている空気吸込管（６）と直接つながれている。
【００１８】
図２では、クランクケース負圧制御弁（９）が脱油装置（１）の後に配置されている。
【００１９】
図３には、サイクロン分離装置のための２種類の差圧／容積流量の特性曲線が示されている。実線は、制御可能な迂回流路のないサイクロンについてのものである。破線は、サイクロンと制御可能な迂回流路とで構成された本発明に基づく装置の実施形態についてのものである。図からわかるように、サイクロン油霧分離器では、容積流量の増加とともに差圧が急激に増大している。特に内燃機関が磨耗していると容積流量が恒常的に多くなる可能性があり、これと結びついた差圧増大が容認できなくなる。本発明に基づく装置はこうした圧力増加を防止する。このグラフに見られるように、サイクロンでのクリティカルな限度までの圧力降下を引き起こす一定の容積流量になると迂回流路が自動的に開くので、それ以後の差圧増大は、容積流量が増えてもはるかに平坦に推移することになる。
【００２０】
図４には、サイクロン分離装置のための２種類の分離度／容積流量の特性曲線が示されている。実線は制御可能な迂回流路のないサイクロンについてのものであり、破線は、サイクロンと制御可能な迂回流路とで構成された本発明に基づく装置の実施形態についてのものである。図からわかるように、迂回流路が開いているときでも、迂回流路のないサイクロン油霧分離器の場合よりは低いものの、なおも良好な分離度が得られている。
【００２１】
迂回流路が開いているときでも分離度が比較的優れていることの理由は、制御手段を含めた迂回流路の特別な構成にある。すなわちこの迂回流路と制御手段は、流れの方向転換と衝突分離によって、ないしは衝撃によって、脱油が引き起こされるように構成されている。図６は、衝撃原理に基づく油分離を明示するために弁体の領域で迂回流路を示す拡大図である。ここでは、ばね作用で負荷されている弁体は、動的に適応する衝撃体の衝突板として作用し、弁体の流れ隙間（Ｓ）は弁ばねを介して差圧依存的に調整可能である。
【００２２】
つまり本発明に基づく装置は、油霧分離器の性能という点では高い分離度を有しており、容積流量が多いときにはクランクケース内の過圧が確実に防止されるとともに、その場合でも十分に高い分離度がもたらされる。
【００２３】
図５は、本発明の一実施形態を断面図で示している。ここでは油霧分離器はサイクロン（２）として構成されており、これに一体的に迂回流路（３）が配置されている。サイクロン（２）と迂回流路（３）は射出成形法で一体的に構成するのが好ましく、それによって本発明に基づく装置を低コストに製造することができる。ここでは一体化されたユニットとして構成されているサイクロン（２）と迂回流路（３）は、ここでは示唆だけしている収容ケース（７）の中に収納するのが好ましい。収容ケース（７）は第１圧力領域と接続されているので、サイクロン（２）と迂回流路（３）のガス流入口（２Ａ，３Ａ）は、収容室（７）の内部において圧力ｐ１がかかっている。サイクロン（２）と迂回流路（３）のガス流出口（２Ｂ，３Ｂ）は、収容ケース（７）の内部の圧力領域に対して密閉され、収容ケースから外へ出るように第２圧力領域へ（空気吸込管へ）通じている。サイクロン（２）と迂回流路（３）のガス流出口（２Ｂ，３Ｂ）は、第２圧力領域と接続された、密閉されている中間室（８）に開口しているのが好ましい。一体化されたユニット（サイクロン＋迂回流路）と、圧力密閉された収容ケース（７）への取付とによって、クランクケースからガス流入口、ガス流入口から空気吸込管への、普通ならば二重に施工される別個の接続配管を省くことができる。
【００２４】
差圧に応じて開閉する手段（４）として、圧縮ばね（４Ｃ）で付勢された弁体（４Ａ）が、ここでは弁板が、迂回流路（３）に配置されている。所定の開放圧力差を下回っているとき、弁体（４Ａ）は圧縮ばね（４Ｃ）によって、迂回流路（３）に配置された弁座（４Ｂ）に対して閉鎖位置に押圧されている。所定の開放圧力差を上回ると、弁体（４Ａ）は圧縮ばね（４Ｃ）に抗して、流れ隙間（Ｓ）を作り出すように弁座（４Ｂ）から持ち上げられる。開放圧力差は、ばね定数と、流れに面した弁体（４Ａ）の面積とから算出される。圧縮ばね（４Ｃ）の製作誤差を補償するために、開放差圧に適合した目標の初期付勢力をかけて、圧縮ばね（４Ｃ）を迂回流路（３）に取り付けるとよい。この目的のために、差圧のない状態のときに圧縮ばね（４Ｃ）の取付長さは調整可能である。このことは、たとえば圧縮ばね（４Ｃ）の弁体（４Ａ）と反対を向いている方の端部を、迂回流路（３）にある支持部材（４Ｄ）に支持させ、この支持部材（４Ｄ）と弁座（４Ｂ）との軸方向の長さを調整可能に構成することによって実現可能である（図示せず）。
【００２５】
圧縮ばねを備える弁体の代わりに、一定の開放圧力差を下回っているときには重力によって弁座に対して閉鎖位置に押圧される弁体を使用することもでき、開放圧力差を上回ると、この弁体が流れ隙間を作り出すように弁座から持ち上げられる。
【００２６】
流れ隙間（Ｓ）を最大限許容される程度に制限するために、弁ストローク制限ストッパ（図示せず）が設けられていてもよい。
【００２７】
さらに、迂回流路を開閉するための代替的な手段として、同じく衝撃による脱油を引き起こす、迂回流路に揺動可能に配置されたスロットルバルブや、初期付勢力のもとで開口部を閉止するプレート開閉弁（Blattventil）なども利用可能である（いずれの実施形態も図示せず）。
【００２８】
図５に図示する装置（１）より低いレベルに油溜めがあり、サイクロン（２）で分離された油は、油流出口（２Ｃ）に配置された排出弁（２Ｄ）を介して油溜めに入る。迂回流路（３）で分離された油はガス流入口（３Ａ）を介して再び排出され、直接的に、または中間備蓄室（図示せず）を介して間接的に、油溜めに流れて戻るか、または滴下して戻る。
【図面の簡単な説明】
【図１】換気経路における本発明に基づく装置の配置を示した模式図
【図２】換気経路における本発明に基づく装置の配置を示した模式図
【図３】差圧／容積流量の特性曲線
【図４】分離度／容積流量の特性曲線
【図５】本発明に基づく装置を示す断面図
【図６】流れの方向転換による衝突分離を説明するために弁体の領域での迂回流路を示す拡大図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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