カーター換気

科目：

クランクケース換気全般
クランクケースベンチレーションバルブ
ブローバイガス
クランクケースベンチレーションとクランクケースベンチレーションのバージョン
オイルセパレーター
クランクケースベンチレーション用の電気ヒーター
一般的なクランクケース換気の問題

クランクケース換気全般:
クランクケースベンチレーションは、クランクケースからエンジンのインテークマニホールドに排気ガスを排出するシステムです。オイルパンにはエンジンオイルの他に空気も入っています。この空気は、エンジン内のピストンリングを通過するオイル蒸気および最小限の燃焼ガスと混合されます。カーター終わる。これらを「ブローバイ」ガスと呼びます。この蒸気は外気に放出してはなりません。過去の古いエンジンのようにこれが意図的に行われる場合、私たちはそれをネガティブクランクケースベンチレーションと呼びます。しかし、これは環境に悪影響を及ぼし、煙は燃焼残留物、水蒸気、ガソリン蒸気で構成されます。

現在、蒸気はホースとパイプを介してエンジンの吸気管に運ばれます (下の画像に表示されています)。したがって、クランクケースの蒸気はエンジンに吸い込まれ、燃焼プロセスに参加します。燃やした後は無害になります。完全に閉じたクランクケースベンチレーションを「ポジティブクランクケースベンチレーション」、略してPCVと呼びます。クランクケースのポジティブベンチレーションには、クランクケースへの圧力を調整する、いわゆる PCV バルブが装備されています。

クランクケース換気とクランクケース換気はよく混同されます。クランクケースの換気とクランクケースの脱気には本質的な違いがあります。

クランクケースの換気中、クランクケースの蒸気が除去され、新鮮な空気が供給されます。
クランクケースベンチレーションを使用すると、クランクケースの蒸気のみが抽出されます。

クランクケースベンチレーションバルブ:
クランクケースベンチレーションは逆止弁と圧力制御バルブの両方であり、過剰な圧力をクランクケースベンチレーションからエンジンの入口に排出しますが、逆方向に閉じます。ほとんどの場合、クランクケース換気バルブは、クランクケース内の負圧を外気圧と比較して約 0,02 ～ 0,03 bar に保つバネ式ダイヤフラムバルブとして設計されています。

この PCV バルブを開くと、水蒸気とブローバイガスが吸入空気に吸収され、シリンダー内で共燃焼します。

クランクケースベンチレーションバルブは、一方の側が外気に接続され、もう一方の側が吸気マニホールドに接続されています。目標は、吸気マニホールド内の圧力が変化しても、クランクケース内の圧力を低く一定に維持することです。

アイドリング回転数では、インテークマニホールド内の圧力は低くなります（負圧）。バルブはほぼ閉じています。
加速すると、スロットルバルブがわずかに開き、インテークマニホールド内の空気圧が上昇します（真空度が低下します）。バルブがもう少し開きます。

バルブが開くと、シールディスクがバネ力に抗して上方に移動します。したがって、通路が増加して、より多くのクランクケース蒸気が入口に排出されるようになります。

ブローバイガス:
燃焼室からクランクケース内に侵入するガスをブローバイガスといいます。ブローバイガスはさまざまな方法でクランクケースに侵入する可能性があります。ピストンクリアランス、ピストンリングの状態、シリンダー壁の楕円形や摩耗などの要因が、エンジンによって生成されるブローバイガスの量に最も大きな影響を与えます。

燃焼中、燃料 XNUMX リットルあたり約 XNUMX kg の水蒸気が生成され、その一部はピストンリングに沿ってクランクケース内に到達します。

冷えたエンジンと加速による濃厚な混合気の暖機中に、ほとんどのブローバイガスが発生し、未燃焼または不完全燃焼した燃料がクランクケース内に滞留します。ブローバイガスは10～40％がオイルで構成され、残りはH20O、CO、CO2、HC、NOxなどのガスで構成されています。

クランクケースベンチレーションとクランクケースベンチレーションのバージョン:
画像はクランクケースベンチレーションの種類が確認できるエンジンブロックの一部を示しています。クランクケース換気のコンポーネントは空気圧記号で示されています。
凡例は記号の意味を示しています。

クランクケースベンチレーションの各タイプには番号が付けられています (1 から 7)。

1. ガスバルブ用のドレンを備えた無調整のクランクケース換気:
クランクケースブリーザーは、オイルセパレーターと、エアフィルターとスロットルバルブの間のエアホースへのホースで構成されています。これは、乗用車に搭載されているクランクケース換気装置の最も単純なバージョンです。この構造には多くの欠点があります。
– クランクケースの蒸気が原因となる可能性があります。エアマスメーター汚染する;
– クランクケース内の負圧はエアフィルターの抵抗に依存します。

2. 前部の逆止弁とスロットルバルブの後の制限を備えたクランクケースベンチレーション:
番号 1 (上記) と比較すると、部分負荷時にスロットルバルブを通過する空気の流れが良くなるため、換気が向上します。デメリットとしては、1番に比べて構造が複雑になることです。

3. ベンチレーションパイプの流れ方向の変更によるクランクケースベンチレーション:
大きな利点は、これには脱気だけではなく、クランクケース内の換気が含まれることです。欠点は、XNUMX 番目のオイルセパレーターが必要なことと、オイルセパレーター内の空気の流れが逆になることです。

4. ガスバルブ後のドレンによる調整されたクランクケース換気:
このバージョンはスロットルバルブの後に配置されているため、クランクケースの換気でより多くの負圧が発生します (より多くの吸入効果)。したがって、圧力調整器が必要になります。オイルセパレーターとインレットパイプの間には、特定のクランクケース圧力でのみ開く圧力レギュレーターがあります。クランクケース内に過剰圧力がなければ、圧力調整器は閉じます。

5. ガスバルブの排気を備えた調整されたクランクケース換気システム:
このバージョンでは圧力調整器も見られます。このシステムでは、スロットルバルブの前の吸気パイプとバルブカバーの接続部の間にホースが追加されています。これにより換気が可能になります。欠点は、スロットルバルブの上に偽の空気が存在することです。

6. スーパーチャージャー付きエンジンの制御されていないクランクケース換気：
スロットルバルブとインテークマニホールドの間のクランクケースブリーザーホースにはチェックバルブがあります。これにより、ターボがクランクケース換気システムに過剰な圧力を吹き込むのを防ぎます。全負荷状態では、この圧力リリーフバルブが閉じたままとなり、クランクケース圧力が上昇しすぎます。このため、ターボの吸入側にはホース付きの追加のオイルセパレーターが取り付けられています。

7.過給エンジンの制御されたクランクケース換気システム:
バルブカバーへのホースにより、クランクケースの換気が可能になります。 XNUMX つのチェックバルブを備えた圧力制御バルブにより、オイルセパレーターの負圧を高めることができます。欠点は、このシステムが複雑であることです。

オイルセパレーター:
エンジンオイルがブローバイガスとともにクランクケースベンチレーションを介して吸気通路に吸い込まれるのを防ぐために、メーカーはオイルセパレーターを使用しています。オイルセパレーターがないと、エアマスメーター、ターボ、バルブ、触媒コンバーターや微粒子フィルターなどのコンポーネントが汚染されたり、損傷したりする可能性があります。名前が示すように、オイルセパレーターは空気とオイル残留物を分離します。オイルセパレーターには、サイクロン、ラビリンス、電解オイルセパレーターなど、さまざまなバージョンがあります。これら XNUMX つのバージョンについては、次の段落で説明します。

サイクロンオイルセパレーター：
サイクロンオイルセパレーターは、空気を渦巻き状にすることで、クランクケース蒸気内のオイルと空気を分離します。旋回中に発生する遠心力により、重いオイル粒子がハウジングの内側に向かって投げられます。

残った油滴はホースを通ってクランクケースに戻されます。空気はバネ力に抗して圧力制御弁を上方に押し上げ、エンジン入口に供給されます。画像では、ターボがこの空気を吸い込むのがわかります。

圧力制御バルブは、ターボが大量の空気を吸い込む場合など、クランクケース内に真空が発生する恐れがある場合に閉じます。クランクケース内の真空度が高すぎると、ガスケットやシールが損傷する可能性があります。

ラビリンスオイルセパレーター：
ラビリンスオイルセパレータはサイクロンセパレータと組み合わせて使用されることがよくあります。ラビリンスオイルセパレーターでは、クランクケースの蒸気がバッフルに衝突します。油滴は空気から分離され、クランクケース内に戻ります。残りの油残留物は、サイクロン分離器で蒸気から分離されます。

ピストンリングの過度の摩耗などによりクランクケース圧力が上昇し、クランクケース蒸気が過剰になると、クランクケース圧力が過度に上昇するのを防ぐために圧力制限バルブが開きます。

下の画像は、2.0 TDI VW エンジンのバルブカバーを示しています。どちらのタイプのオイルセパレータもバルブカバー内に取り付けられています。
下の画像は、ラビリンスオイルセパレーターとサイクロンオイルセパレーターの位置を示しています。クランクケースの蒸気は最終的にラビリンス (左) に入ります。迷路では、粗大な油残留物が流れる空気から分離されます。クランクケースの蒸気は迷路からサイクロンセクションに到達し、空気中の最後のオイル残留物を除去します。

静電オイルセパレータ:
前述のオイルセパレーターは、100% 効果的な分離を達成することはできません。クランクケースの蒸気がこれらのタイプのオイルセパレーターを低速で通過すると、低速で発生する可能性があるため、蒸気中に小さなオイル滴が残ります。静電オイルセパレーターは、クランクケースの蒸気からこれらの小さな液滴も除去します。洗浄されたクランクケース蒸気には、未洗浄のクランクケース蒸気に入ったオイルが XNUMX% 未満含まれています。

次の図は静電オイルセパレータを示しています。
高電圧により、極小の油滴も磁性を帯びてセパレーターに付着します。このようにして、油は空気から分離されます。

ハウジングには、12 または 24 ボルト (乗用車または商用車) の車載電圧を 9 ～ 12 キロボルトの高電圧に変換する変圧器が内蔵されています。

クランクケース換気用の電気加熱:
クランクケースベーパーには水蒸気が含まれています。「ブローバイガス」のセクションで、燃料 70 リットルあたり約 XNUMX kg の水蒸気が放出され、その一部がピストンリングに沿ってクランクケース内に到達することをすでに説明しました。クランクケースベント内の温度が摂氏 XNUMX 度未満の冷えたエンジンでは、水蒸気が水として凝縮します。冷間始動や短い走行が多いと、エンジンブロック内に大量の水が溜まります。

エンジンの作動中、水分の一部は蒸発し、蒸気はクランクケースブリーザーから除去されます。クランクケースの蒸気は、クランクケースブリーザーホースなどのエンジン部品のより冷たい部分で凝縮します。低い外気温度でホース内の蒸気が凍結するのを防ぐために、多くの自動車メーカーはクランクケースブリーザーホースに XNUMX つ以上の発熱体を取り付けています。
ヒーターは冷間始動時に ECU によって作動します。

ヒーターのないエンジン、またはヒーターが機能しないエンジンでは、ブリーザーホースが凍結する可能性があります。その場所で詰まりが発生します。クランクケース圧力はかなり高くなります。クランクケース圧力の上昇により、クランクシャフトシールやガスケット（バルブカバーやオイルパンガスケット）を介してオイル漏れが発生する場合があります。

エンジンが作動温度に十分に達していない場合、オイルパン内の水が凍結する可能性があります。油は水に浮くため、氷がオイルストレーナへの油の流れを妨げます。油圧が低いとエンジン損傷の原因となります。この段落で説明する電気加熱は解決策ではありません。加熱はエンジンルームの上部にあるクランクケースの換気ホースの凍結を防ぎます。クランクケース内に大量の水が溜まるのを防ぐには、メンテナンス間隔を遅らせず、数キロメートルの短距離走行をできるだけ避け、長距離走行を行って頻繁にエンジンを暖機することをお勧めします。

クランクケースの換気に関する一般的な問題:

クランクケース換気の詰まり：クランクケース内に高圧が蓄積し、エンジンの動作を妨げます。白いスラッジ（エンジンが動作温度に達しない短距離を常に走行することや、サーモスタットの欠陥によって生じる、水分を含んだオイルの残留物）が大量に発生したエンジンでは、クランクケースの換気口が完全に詰まってしまう可能性があります。ホースはスラッジでいっぱいになり、冬には凍結する可能性があります（白いスラッジは水分で構成されていることが多いため）。これが起こると、ホースが自然に潰れる可能性があります。
ホースのひび割れ: オイルがゴムを攻撃します。クランクケースの排気ガスにはオイル残留物が含まれており、吸気口へのホースはゴム製であることがよくあります。これらのホースは古くなると破れることがあります。これらのホースは、事前にガムを噛んでいるような感触がすることがよくあり、交換が必要であることを示しています。
クランクケースの換気ホースが破れると、エンジンルームだけでなく室内にも不快なオイル臭が発生する可能性があります。吸い込まれる余分な空気はエアマスメーターで測定されていないため、エンジンは偽の空気も吸い込みます。過剰な空気により、エンジンの動作が不安定になり、燃料の消費量が増加し、エンジンライトが点灯する可能性があります。
エンジンの汚染: オイルセパレーターを使用しているにもかかわらず、クランクケースの蒸気には依然として小さなオイル滴が含まれている可能性があります。これにより、スロットルボディや吸気バルブを含むエンジンの吸気管が汚れる可能性があります。
クランクケース圧力の上昇: これはクランクケースの換気自体に問題があるわけではありませんが、換気を通じて観察される場合があります。クランクケースベンチレーションから大量の空気が吹き込まれると、XNUMX つまたは複数の (圧縮) ピストンリングまたはシリンダー壁が損傷する可能性があります。混合気は、圧縮ストローク中にピストンリングを通ってクランクケース内に漏れます (ブローバイ)。原因がピストンリングにあるかどうかを確実に知るには、圧縮テストまたはシリンダー漏れテストを実行する必要があります。この問題が発生したエンジンでは、燃料と燃焼ガスによりエンジンオイルが汚染され、劣化が早まります。