JP2010144696A - フィルタ式気液分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流入口から導入されるブローバイガスのみならず、オイル排出口から侵入するブローバイガスからもオイル分を分離することができるフィルタ式気液分離装置を提供することを目的とする。
【解決手段】フィルタ式気液分離装置１において、ケース２の上端にガス排出口３が設けられ、円筒部材４の下端にガス流入口６が設けられ、ケース２の下端の内周面２ａと円筒部材４の外周面４ａとの間にオイル排出口５が設けられる。フィルタエレメント７は、ガス流入口６とガス排出口３とを結ぶ経路の途中にその上側部７Ａが配置されるとともに、オイル排出口５とガス排出口３とを結ぶ経路の途中にもその下側部７Ｂが配置される。これにより、ガス流入口６から導入されるブローバイガスのみならず、オイル排出口５から侵入するブローバイガスからもオイル分が分離される。
【選択図】図１

Description

本発明はフィルタ式気液分離装置に係り、特に内燃機関（エンジン）におけるオイルミストを含んだガス流体（ブローバイガス）からオイル分を分離するフィルタ式気液分離装置の構造に関する。

エンジンの動作時には、ブローバイガスと呼ばれる未燃焼の混合気が、ピストンとシリンダとの間隙等を通って燃焼室からクランクケース内に漏出する。通常、このブローバイガスはエンジンの吸気側に戻されるが、クランクケースの内部には潤滑用のオイルが飛散しているため、クランクケース内のブローバイガスには、オイルミストと呼ばれる霧状のオイルが含まれている。オイルミストを含んだブローバイガスをそのままエンジンの吸気側に戻すと、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）が増加してしまう等の問題が生じるため、オイルミストを含んだブローバイガスからオイル分を分離する装置が提案されている。

特許文献１には、フィルタエレメントの上側にガス流入口が設けられるとともに、フィルタエレメントの下側にガス排出口とオイル排出口とが設けられたフィルタ式気液分離装置が記載されている。このフィルタ式気液分離装置では、ガス流入口から導入されたオイルミストを含んだブローバイガスは、フィルタエレメントの内部を上から下へ通過する過程でオイル分が分離される。オイル分が分離されたブローバイガスはガス排出口からエンジンの吸気側に戻される。一方、フィルタエレメントに捕集されて油滴状になったオイルは、自重によりオイル排出口から滴り落ちて、エンジンのクランクケースに戻される。

特開２００６−１５２８９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているようなフィルタ式気液分離装置では、クランクケースと吸気側との圧力差が油滴状のオイルの自重を上回る程に大きい場合、一度排出されたオイルが、オイル排出口から侵入するブローバイガスとともにフィルタ式気液分離装置内に逆流してくる。このとき、この逆流してきたオイル分を含むブローバイガスが、そのままガス排出口から排出されてしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、ガス流入口から導入されるブローバイガスのみならず、オイル排出口から侵入するブローバイガスからも、オイル分を分離することができるフィルタ式気液分離装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るフィルタ式気液分離装置は、内燃機関におけるオイルミストを含むガス流体からオイル分を分離するフィルタ式気液分離装置において、ガス流体の流入口とガス流体の排出口とを結ぶ第１の経路と、ガス流体から分離されたオイルを排出するオイル排出口とガス流体の排出口とを結ぶ第２の経路とが設けられ、第１の経路の途中に介在する第１のフィルタエレメントと、第２の経路の途中に介在する第２のフィルタエレメントとが配置されることを特徴とする。
これにより、ガス流入口から導入されるガス流体のみならず、オイル排出口から侵入するガス流体からもオイル分を分離することができる。

第１のフィルタエレメントと第２のフィルタエレメントとが、一体となって形成されてもよい。

排出されるオイルを蓄えるオイル溜まり室を備えてもよい。
これにより、大量のオイルが排出される場合や、エンジンの動作時にクランクケースと吸気側との圧力差が大きすぎる場合に、排出されるオイルを、オイル溜まり室に一時的に蓄えることができる。

フィルタ式気液分離装置は、外筒と、外筒の内部に配置された内筒とを備え、ガス流体の排出口は外筒の上端に設けられ、ガス流体の流入口は内筒の下端に設けられ、オイル排出口は外筒の下端の内周面と内筒の外周面との間に設けられてもよい。

フィルタ式気液分離装置は、外筒と、外筒の内部に配置された内筒とを備え、ガス流体の排出口は外筒の上端に設けられ、ガス流体の流入口は外筒の下端の内周面と内筒の外周面との間に設けられ、オイル排出口は内筒の下端に設けられてもよい。

本発明に係るフィルタ式気液分離装置によれば、フィルタエレメントは、ガス流入口とガス排出口とを結ぶ経路の途中に配置されるとともに、オイル排出口とガス排出口とを結ぶ経路の途中にも配置される。これにより、ガス流入口から導入されるブローバイガスのみならず、オイル排出口から侵入するブローバイガスからもオイル分を分離することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係るフィルタ式気液分離装置１の模式断面図を示す。尚、以下の説明において、フィルタ式気液分離装置１は図示しない自動車用のエンジンに接続され、重力は鉛直下方向にかかっているものとする。

フィルタ式気液分離装置１はケース２を備えている。ケース２は略円筒形であり、その上端にガス排出口３が設けられている。ガス排出口３は、図示しないエンジンの吸気側に連通するように構成されている。また、ケース２は下方に向けて内側にすぼまるとともに下端が略円形に開口している。

ケース２の下端の開口部には、その開口部の直径よりも小さい直径を有するとともに上端が略円形に開口している円筒部材４が配置されており、ケース２の下端の内周面２ａと円筒部材４の外周面４ａとの間にオイル排出口５が設けられている。また、円筒部材４の下端にはガス流入口６が設けられている。オイル排出口５とガス流入口６とは、図示しないエンジンのクランクケースに連通するように構成されている。

オイル排出口５には、略円筒形のフィルタエレメント７が嵌入されている。フィルタエレメント７は弾力性を有する不織布で構成され、オイル排出口５よりも若干大きく形成されている。フィルタエレメント７がオイル排出口５に嵌入されることにより、フィルタエレメント７の外周面７ｂとケース２の内周面２ａとの間、及びフィルタエレメント７の内周面７ａと円筒部材４の外周面４ａとの間が密着し、ブローバイガスがこれらの間から漏出しないように構成されている。また、フィルタエレメント７の上端は、円筒部材４の上端面４ｂを超えてさらに延び、仕切部材８によりその開口部を塞がれるとともに固定されている。円筒部材４の上端面４ｂと仕切部材８の下面８ａとの間に形成される間隙が、導入通路９となる。

次に、本発明の実施の形態１に係るフィルタ式気液分離装置１の動作を、図１に基づいて説明する。

オイルミストを含んだブローバイガスが、全体に斜線が施された矢印Ａ１で示されるようにエンジンのクランクケースからフィルタ式気液分離装置１のガス流入口６に導入される。ここで、エンジンの動作時には、クランクケースに連通されているガス流入口６及びオイル排出口５の圧力ｐ２は、吸気側に接続されているガス排出口３の圧力ｐ１よりも高い。すなわち、ｐ２＞ｐ１である。

ガス流入口６から導入されたブローバイガスは、円筒部材４の内部を上方に流れ、導入通路９を経由して、フィルタエレメントの上側部７Ａ（フィルタエレメント７の点線で区切られた上側部分）に進む。ブローバイガスがフィルタエレメントの上側部７Ａの内部を内周面７ａ側から外周面７ｂ側へと進む過程で、ブローバイガスに含まれるオイルミストは、フィルタエレメントの上側部７Ａに捕集されて油滴状になる。これにより、フィルタエレメントの上側部７Ａを通過したブローバイガスからはオイル分が分離されている。すなわち、フィルタエレメントの上側部７Ａは、ガス流入口６から導入されるブローバイガスからオイル分を分離するフィルタとして機能する。尚、根元部分のみ斜線が施された矢印Ａ２は、フィルタエレメントの上側部７Ａの内部を進む過程で、ブローバイガスに含まれるオイルミストが減少していくことを表している。

オイル分が分離されたブローバイガスは、白抜きの矢印Ａ３で示されるようにケース２の内部を上方に流れてガス排出口３から排出された後、エンジンの吸気側に戻される。

一方、フィルタエレメントの上側部７Ａに捕集されて油滴状になったオイルは、黒く塗り潰された矢印Ａ４で示されるようにフィルタエレメント７の内部及び内周面７ａを自重により降下していき、オイル排出口５から滴り落ちてエンジンのクランクケースに戻る。

いま、一度排出されたオイルがオイル排出口５から侵入するブローバイガスとともに逆流してきたとしても、この逆流してきたオイル分を含むブローバイガスは、オイル排出口５から侵入してガス排出口３から排出される過程において、必ずフィルタエレメントの下側部７Ｂ（フィルタエレメント７の点線で区切られた下側部分）を通過する。そのため、オイル分を含んだブローバイガスがそのままガス排出口３から排出されることはない。すなわち、フィルタエレメントの下側部７Ｂは、オイル排出口５から侵入するブローバイガスからオイル分を分離するフィルタとして機能する。

以上説明したように、本発明の実施の形態１に係るフィルタ式気液分離装置１では、フィルタエレメント７は、ガス流入口６とガス排出口３とを結ぶ経路の途中にその上側部７Ａが配置されるとともに、オイル排出口５とガス排出口３とを結ぶ経路の途中にもその下側部７Ｂが配置される。これにより、ガス流入口６から導入されるブローバイガスのみならず、オイル排出口５から侵入するブローバイガスからもオイル分を分離することが可能になる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係るフィルタ式気液分離装置について、図２を用いて説明する。実施の形態２に係るフィルタ式気液分離装置２０１は、実施の形態１におけるケース２の代わりに、以下に説明するケース２０２を用いて構成したものである。尚、以下の説明において、図１の参照符号と同一の符号は同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

図２に示すように、ケース２０２は、下方に向けて内側にすぼまる内側円筒壁２０２ｃの外側に、さらに垂直下方に延びた後に内側にすぼまる外側円筒壁２０２ｄが形成されている。これら内側円筒壁２０２ｃと外側円筒壁２０２ｄ、及び、ケース下端に設けたフィルタエレメント７Ｃとによりオイル溜まり室２１０が形成されている。オイル溜まり室２１０は、内側円筒壁２０２ｃと円筒部材４の外周面４ａとにより形成されるオイル排出通路２２０から滴り落ちる油滴状のオイルを一時的に蓄えるためのものである。通常、オイル排出通路２２０から滴り落ちたオイルは、フィルタエレメント７Ｃを通過して、オイル排出口２０５からエンジンのクランクケースに戻る。しかし、ガス流入口６から導入されるブローバイガス量が急増して大量のオイルが排出される場合や、エンジンの動作時にクランクケースと吸気側との圧力差Δｐが大きすぎる場合には、オイルはクランクケースに戻ることができない。その場合、オイルはオイル溜まり室２１０に一時的に蓄えられる。オイル溜まり室２１０に蓄えられたオイルは、エンジンの動作が停止してクランクケースと吸気側との圧力差Δｐが低下した際に、クランクケースに戻る。

以上説明したように、オイル溜まり室２１０がオイル排出口２０５に設けられるようにケース２０２を形成したので、大量のオイルが排出される場合や、エンジンの動作時にクランクケースと吸気側との圧力差Δｐが大きすぎる場合に、排出されるオイルを、オイル溜まり室２１０に一時的に蓄えることができる。
ここで、オイル排出通路２２０は、上面視で中心に近い側（図２でいうと中央側）に位置することが望ましい。図示しない自動車の走行状態によって、フィルタ式気液分離装置が前後・左右に傾斜しても、オイル排出通路２２０から滴り落ちるオイルが矢印Ａ３の流れに沿ってガス排出口３から排出されないようにするためである。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３に係るフィルタ式気液分離装置について、図３を用いて説明する。実施の形態１に係るフィルタ式気液分離装置１では、円筒部材４の下端にガス流入口６が設けられ、ケース２の下端の内周面２ａと円筒部材４の外周面４ａとの間にオイル排出口５が設けられていたのに対して、実施の形態３に係るフィルタ式気液分離装置３０１では、円筒部材３０４の下端にオイル排出口３０５が設けられ、ケース３０２の下端の内周面３０２ａと円筒部材３０４の外周面３０４ａとの間にガス流入口３０６が設けられる。

フィルタ式気液分離装置３０１はケース３０２を備えている。ケース３０２は略円筒形であり、その上端にガス排出口３０３が設けられている。ガス排出口３０３は、図示しないエンジンの吸気側に連通されるように構成されている。また、ケース３０２は下方に向けて外側に広がるとともに下端が略円形に開口している。

ケース３０２の下端の開口部には、その開口部の直径よりも小さい直径を有するとともに上方に向けて外側に広がる円筒部材３０４が配置されており、ケース３０２の下端の内周面３０２ａと円筒部材３０４の外周面３０４ａとの間にガス流入口３０６が設けられている。また、円筒部材３０４の下端にはオイル排出口３０５が設けられている。ガス流入口３０６とオイル排出口３０５とは、図示しないエンジンのクランクケースに連通するように構成されている。

円筒部材３０４の上端は略円形に開口しており、その開口部を塞ぐように有底で略円筒形のフィルタエレメント３０７が嵌入されている。フィルタエレメント３０７は弾力性を有する不織布で構成され、その上端は円筒部材３０４の上端面３０４ｂを超えてさらに延び、ケース３０２の上端の内周面３０２ｂに接するとともに固定されている。円筒部材３０４の上端面３０４ｂとケース３０２の上端の内周面３０２ｂとの間に形成される間隙が、導入通路３０９となる。

次に、本発明の実施の形態３に係るフィルタ式気液分離装置３０１の動作を、図３に基づいて説明する。

オイルミストを含んだブローバイガスが、矢印Ａ１で示されるようにエンジンのクランクケースからフィルタ式気液分離装置３０１のガス流入口３０６に導入される。

ガス流入口３０６から導入されたブローバイガスは上方に流れ、導入通路３０９を経由して、フィルタエレメントの上側部３０７Ａ（フィルタエレメント３０７の点線で区切られた上側部分）に進む。ブローバイガスがフィルタエレメントの上側部３０７Ａの内部を外周面３０７ｂ側から内周面３０７ａ側へと進む過程で、ブローバイガスに含まれるオイルミストは捕集されて油滴状になる。すなわち、フィルタエレメントの上側部３０７Ａは、ガス流入口３０６から導入されるブローバイガスからオイル分を分離するフィルタとして機能する。

フィルタエレメントの上側部３０７Ａによりオイル分が分離されたブローバイガスは、矢印Ａ３で示されるように上方に流れてガス排出口３０３から排出された後、エンジンの吸気側に戻される。

一方、捕集されて油滴状になったオイルは、矢印Ａ４で示されるようにフィルタエレメント３０７の内部及び外周面３０７ｂを自重により降下していく。

いま、一度排出されたオイルがオイル排出口３０５から侵入するブローバイガスとともに逆流してきたとしても、この逆流してきたオイル分を含むブローバイガスは、オイル排出口３０５から侵入してガス排出口３０３から排出される過程において、必ずフィルタエレメントの下側部３０７Ｂ（フィルタエレメント７の点線で区切られた下側部分）を通過する。そのため、オイル分を含んだブローバイガスがそのままガス排出口３０３から排出されることはない。すなわち、フィルタエレメントの下側部３０７Ｂは、オイル排出口３０５から侵入するブローバイガスからオイル分を分離するフィルタとして機能する。

以上説明したように、円筒部材３０４の下端にオイル排出口３０５を設け、ケース３０２の下端の内周面３０２ａと円筒部材３０４の外周面３０４ａとの間にガス流入口３０６を設けても実施の形態１に係るフィルタ式気液分離装置１と同様の効果を得ることができる。

尚、実施の形態１〜３において、フィルタエレメント７，３０７は不織布で構成されていたが、オイルミストを捕集してブローバイガスからオイル分を分離できるものであれば他の材料で構成してもよい。

実施の形態１〜３において、ケース２，２０２，３０２は略円筒形であり、下端の開口部の形状は略円形であったが、他の形状（例えば略四角形等）でもよい。同様に、円筒部材４，３０４の代わりに他の形状の筒状部材、及びそれに適合する形状のフィルタエレメントを用いてもよい。

実施の形態１及び２において、ガス排出口３がフィルタ式気液分離装置１，２０１の側面に設けられるようにケース２，２０２を形成してもよい。また、実施の形態３において、ガス流入口３０６がフィルタ式気液分離装置３０１の側面に設けられるようにケース３０２を形成してもよい。

実施の形態３において、実施の形態２におけるオイル溜まり室２１０に相当するものを、円筒部材３０４の下端に形成してもよい。

本発明に係るフィルタ式気液分離装置を、自動車用のエンジンに用いた場合を例にして説明したが、空調機のガスヒートポンプ用エンジン等に用いてもよい。

本発明の実施の形態１に係るフィルタ式気液分離装置の模式断面図である。 本発明の実施の形態２に係るフィルタ式気液分離装置の模式断面図である。 本発明の実施の形態３に係るフィルタ式気液分離装置の模式断面図である。

符号の説明

１，２０１，３０１ フィルタ式気液分離装置、２，２０２，３０２ ケース（外筒）、３，３０３ ガス排出口、４，３０４ 円筒部材（内筒）、５，２０５，３０５ オイル排出口、６，３０６ ガス流入口、７Ａ，３０７Ａ フィルタエレメントの上側部（第１のフィルタエレメント）、７Ｂ、３０７Ｂ フィルタエレメントの下側部（第２のフィルタエレメント）、７Ｃ ケース下端に設けたフィルタエレメント（第２のフィルタエレメント）、２１０ オイル溜まり室。

Claims (5)

1. 内燃機関におけるオイルミストを含むガス流体からオイル分を分離するフィルタ式気液分離装置において、
   ガス流体の流入口とガス流体の排出口とを結ぶ第１の経路と、
   ガス流体から分離されたオイルを排出するオイル排出口と前記ガス流体の排出口とを結ぶ第２の経路とが設けられ、
   前記第１の経路の途中に介在する第１のフィルタエレメントと、
   前記第２の経路の途中に介在する第２のフィルタエレメントとが配置されることを特徴とするフィルタ式気液分離装置。
2. 前記第１のフィルタエレメントと前記第２のフィルタエレメントとが、一体となって形成される請求項１に記載のフィルタ式気液分離装置。
3. 前記排出されるオイルを蓄えるオイル溜まり室を備える請求項１又は２に記載のフィルタ式気液分離装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタ式気液分離装置であって、
   外筒と、前記外筒の内部に配置された内筒とを備え、
   前記ガス流体の排出口は、前記外筒の上端に設けられ、
   前記ガス流体の流入口は、前記内筒の下端に設けられ、
   前記オイル排出口は、前記外筒の下端の内周面と前記内筒の外周面との間に設けられるフィルタ式気液分離装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタ式気液分離装置であって、
   外筒と、前記外筒の内部に配置された内筒とを備え、
   前記ガス流体の排出口は、前記外筒の上端に設けられ、
   前記ガス流体の流入口は、前記外筒の下端の内周面と前記内筒の外周面との間に設けられ、
   前記オイル排出口は、前記内筒の下端に設けられるフィルタ式気液分離装置。

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