JP4558984B2 - ブローバイガスのセパレータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのブローバイガスのセパレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンのクランク室と吸気通路とを連通するブローバイガス通路の途中に、ブローバイガスからオイルを分離してオイル落し通路を介してクランク室に戻すセパレータが備わる。このセパレータは、例えば排気エミッション向上のためのブローバイガス還元装置を構成するPCVバルブ(Positive Crankcase Ventilationバルブ)が装着されたブローバイガス通路に取り付けられる。
【0003】
図5は、ターボエンジンに装着された従来のブローバイガスのセパレータ構造を示す。(A)は無負荷状態、(B)は低負荷(POT)から高負荷(WOT)までの運転状態を示す。
【0004】
セパレータ31は、分離室32とタンク室33とからなり、ブローバイガス通路34の途中に装着される。ブローバイガス通路34はPCVバルブ(不図示)に接続する通路34aと吸気マニホルド(不図示)に接続する通路34bからなり、各通路34a,34bはそれぞれ分離室32に連通する。タンク室33の下部にオイル落し通路35が接続される。オイル落し通路35はクランク室(不図示)に連通する。タンク室33とその上側の分離室32との仕切部に過圧弁36が装着される。タンク室33とその下側のオイル落し通路35の接続部に逆止弁37が装着される。
【0005】
無負荷時には、吸気マニホルド圧力は−70〜−60kPa、クランク室圧力は−0.2〜0kPaである。この状態では、クランク室側の圧力が吸気マニホルド側の圧力より高いため、(A)に示すように、過圧弁36は開き、逆止弁37が閉じる。この状態でPCVバルブ側から矢印Aのように分離室32内に流入するブローバイガスからオイルが分離されて矢印Bのようにエアが吸気マニホルドに戻される。分離したオイル38はタンク室33内に溜まる。タンク室33内に溜まったオイル38は、運転状態により、クランク室圧力がタンク室圧力より低くなったときに逆止弁37が開いてオイル落し通路35を介してクランク室に戻される。
【0006】
スロットル(不図示)が開いて負荷がかかった状態では、吸気マニホルドの圧力は−50〜+90kPa、クランク室の圧力は−6.5〜+0.5kPaとなる。この状態では、(B)に示すように、過圧弁36が閉じる。タンク室33に溜まったオイル38は運転状態によりクランク室圧力がタンク室圧力より低くなったときに逆止弁37が開いてオイル戻し通路35を介してクランク室に戻される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のブローバイガスのセパレータにおいては、運転状態によりタンク室33内にオイル38が溜まった状態で逆止弁37が開く前に、吸気マニホルド側の圧力が高くなって過圧弁36が閉じる場合がある。この状態から吸気マニホルドの圧力が下がってもタンク室33の圧力より分離室32の圧力が低くならない限り過圧弁36は開かない。また、クランク室の圧力がタンク室33より低くならない限り逆止弁37は開かない。このため、吸気マニホルドの圧力がタンク室33より高い間は分離室32にオイルが溜まり、吸気マニホルド側に逆流する場合があった(図5(C))。
【0008】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、セパレータ内に一時的に溜まったオイルを吸気マニホルド側に逆流させることなく確実にオイル落し通路を介してクランク室側に戻すことができるブローバイガスのセパレータの提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、エンジンのクランク室と吸気通路とを連通するブローバイガス通路の途中に設けられ、ブローバイガスからオイルを分離してオイル落し通路を介してクランク室に戻すブローバイガスのセパレータであって、エアとオイルを分離する分離室と、該分離室の下部に設けた弁機構とを備え、該弁機構に前記オイル落し通路を接続したセパレータにおいて、前記弁機構は、前記分離室側の入口とオイル落し通路側の出口を有し、該入口および出口間に弁座を設け、この弁座の一方の側に第1弁体を、他方の側に第2弁体を配設し、該第1弁体および第2弁体同士を連結して前記入口および出口間の圧力差に応じて両弁体が連動し、一方の弁体が閉じたときに他方の弁体が開くように構成したことを特徴とするブローバイガスのセパレータを提供する。
【0010】
この構成によれば、第1弁体および第2弁体のいずれか一方は必ず弁座に対し開いた状態となるため、弁の入口側と出口側の圧力差の変化により弁体が移動すれば一方が閉じていた状態で溜まったオイルが必ず流出してオイル落し通路を介してクランク室に戻され、吸気側に逆流することが防止される。
【0011】
好ましい構成例では、前記弁座または弁体に、弁体が閉じたときにガスを逃す切欠きを形成したことを特徴としている。
【0012】
この構成によれば、弁体が閉じた状態で運転性能に影響を与えない程度の適度な量のエアをクランク室に供給することができ、これによりクランク室内でのオイルの劣化を抑制できる。
【0013】
好ましい適用例では、前記エンジンは、ターボエンジンであることを特徴としている。
【0014】
この適用例によれば、吸気マニホルドが負圧となる無負荷あるいは低負荷運転から正圧となる過給状態の高負荷運転まで吸気マニホルド圧力が大きく変化するターボエンジンにおいて、運転状態に応じてクランク室内圧力と吸気マニホルド内圧力との差が頻繁にあるいは大きく変化したり逆転した場合であっても、分離したオイルを吸気マニホルド側に逆流させることなく確実にオイル落し通路を通してクランク室側に導入することができる。
好ましい構成例では、前記第1弁体および第2弁体の重量を支持する程度の強さのスプリングを備えていることを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の実施形態に係るセパレータの構成図である。この例は、ターボエンジンに装着されたブローバイガスのセパレータであり、(A)は無負荷からPOT(Partial Open Throttle)運転状態で、吸気マニホルドが負圧の状態であり、(B)はPOT又はエンジン停止状態で吸気マニホルドがほぼ大気圧の状態であり、(C)はPOT〜WOT(Wide Open Throttle)の高負荷運転状態で吸気マニホルドが正圧の状態である。
【0016】
セパレータ1は、分離室2とその下部に設けた弁機構3とからなり、ブローバイガス通路4の途中に装着される。弁機構3は後述のようにオイルが溜まるタンク室としても作用する。ブローバイガス通路4は、PCVバルブ(不図示)に接続する通路4aと、吸気マニホルド(不図示)に接続する通路4bとからなり、各通路4a,4bは分離室2に連通する。
【0017】
弁機構(タンク室)3は、分離室2に連通する入口5と、オイル落し通路(不図示)に連通する出口6と、入口5および出口6間に設けた弁座7と、この弁座7の入口側に配設した第1弁体8と、弁座7の出口側に配設した第2弁体9からなる。第1弁体8と第2弁体9同士は、弁座7の開口を挿通する弁棒10を介して連結される。
【0018】
クランク室内圧力が吸気マニホルド圧力より高い場合には、(A)に示すように、第1および第2弁体8,9は連動して押上げられ、第2弁体9が弁座7に下から当接して閉じる。この状態で分離室2で分離したオイル11は弁座7の上側に溜まる。
【0019】
クランク室内圧力と吸気マニホルド圧力がほぼ等しい場合(圧力差が約1kPa以下)は、(B)に示すように、第1および第2弁体8,9はともに弁座7から離れ開いた状態となる。なお、このように両方の弁体8,9が開いた中間位置で両弁体8,9を保持するために、両弁体の重量を支持する程度の強さのスプリング(不図示)が備わっている。この状態で、弁座7の上に溜まったオイルは弁座7の下側に流出し、出口6を通してオイル落し通路(不図示)に流入し、クランク室に戻される。このような圧力差がゼロになる状態は、圧力差が逆転する場合にはその過渡状態で常に起こるため、運転状態に応じて弁体8,9が開閉動作するときには、その途中で常に弁座7上に溜まったオイルが排出される。
【0020】
吸気マニホルド圧力がクランク室圧力より高い場合には、第1弁体8が弁座7に上から当接して閉じる。この状態で分離室2で分離したオイル11は弁座7の上側に溜まる。このように弁座7上に溜まったオイル11は、運転状態に応じた圧力差の変化により弁体8,9が移動することにより、弁座7の下側に排出される。
【0021】
図2は、本発明の別の実施形態の説明図である。
この実施形態は、弁座7の上面に切欠き12又はオリフィスを形成したものである。このような切欠き12又はオリフィスを設けることにより、(C)に示すように、吸気マニホルド側の圧力が高い過給時に、第1弁体8が閉じた状態で、弁座7との間に隙間13が形成され、この隙間13を通して吸気マニホルド側から清浄エア(オイルが混入していないエア)が漏れてクランク室に導入される。
この場合、前の運転状態のときに弁座7上にオイルが溜まっていた場合には、この隙間13を通して溜まっていたオイルがクランク室内に戻される。このように清浄エアをクランク室内に導入することにより、クランク室内におけるオイルの劣化が抑制される。クランク室に導入されるエアの量は、クランク室内でエンジン性能を低下させない程度の量以下となるように予め切欠き12又はオリフィスの大きさを調整しておく。
【0022】
このような過給時には、清浄エアは、さらにPCVバルブを通過して逆流し、クランク室に導入されるようにしてもよい。この場合には、セパレータを通過してクランク室に導入されるエアの量は、PCVバルブを通過してクランク室に導入されるエアの量を合わせて、クランク室内でエンジン性能を低下させない程度の量以下となるように予め切欠き12又はオリフィスの大きさを調整しておく。なお、PCVバルブからの清浄エアの導入を止めて、セパレータのみからクランク室に清浄エアを導入するようにしてもよい。
【0023】
図3は、上記図1または図2のセパレータを組込んだターボエンジンの構成図であり、POT状態におけるエアの流れを示す。白矢印は清浄エア、黒矢印はブローバイガスの流れを示す。
【0024】
エンジン14の下部にクランク軸15を装着したクランク室16が形成され、その底部にオイル17が溜まる。エンジン14の上部のシリンダヘッド18内にカム室19が形成され、その上面側にPCVバルブ20が備わる。カム室上部のシリンダヘッド18内とクランク室16は、オイル落し兼ブローバイガス流通用の連通路39および40を介して連通している。
【0025】
PCVバルブ20にブローバイガス通路21が接続される。PCVバルブ20は、このブローバイガス通路21を介して吸気マニホルド22に連通する。ブローバイガス通路21の途中に前述の図1または図2と同様の構成のセパレータ23が装着される。セパレータ23の下部にオイル落し通路29が接続され、前述のようにセパレータ23で分離したオイルをクランク室16に戻す。
【0026】
吸気マニホルド22の上流側にサージタンク41が備わる。サージタンク41は不図示の吸気管を介してターボ24の出口24aに接続される。この吸気管上にスロットル(不図示)が設けられる。ターボ24の入口側に吸気通路25を介してエアクリーナ26が接続される。吸気通路25はブローバイガス通路27を介してシリンダヘッド18と連通する。このブローバイガス通路27の途中に前述の図1または図2と同様の構成のセパレータ28が装着される。セパレータ28の下部にオイル落し通路30が接続され、分離したオイルをクランク室16に戻す。
【0027】
POT運転状態でクランク室圧力が吸気マニホルド圧力より高い場合には、ブローバイガスは図の黒矢印で示すように、PCVバルブ20を通してブローバイガス通路21を流れ、途中のセパレータ23でオイルを分離されて吸気マニホルド22に戻される。分離したオイルは、オイル落し通路29を介してクランク室16に戻される。
【0028】
図4は、上記図3のターボエンジンのWOT運転状態でのブローバイガスの流れを示す。
過給状態で吸気マニホルド圧力がクランク室圧力より高い場合、図示したように、黒矢印のブローバイガスはクランク室16から連通路40およびブローバイガス通路27を通り、セパレータ28でオイルを分離されてエアクリーナ26の下流の吸気通路25に導入される。このとき、高圧の吸気マニホルド側からセパレータ23およびPCVバルブ20を通して清浄エアがクランク室16内に導入される。
【0029】
なお、上記実施形態ではサイクロン式のセパレータを示したが、他の形式のセパレータ(例えば迷路式)であってもよい。また、ターボエンジンに限らず他のエンジンにも適用可能である。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、セパレータ下部のタンク室を構成する弁機構が、相互に連結された第1弁体および第2弁体からなり、第1弁体および第2弁体のいずれか一方は必ず弁座に対し開いた状態となるため、弁の入口側と出口側の圧力差の変化により弁体が移動すれば、一方が閉じていた状態で溜まったオイルが必ず流出してオイル落し通路を介してクランク室に戻される。したがって、圧力差の変化によりオイルが吸気側に逆流することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るセパレータの構成および作用説明図。
【図2】 本発明に係るセパレータの別の例の構成および作用説明図。
【図3】 本発明が適用されるターボエンジンのPOT状態でのブローバイガスの流れを説明する図。
【図4】 図3のターボエンジンのWOT状態でのブローバイガスの流れを説明する図。
【図5】 従来のブローバイガスのセパレータの構成説明図。
【符号の説明】
1:セパレータ、2:分離室、3:弁機構(タンク室)、
4:ブローバイガス通路、5:入口、6:出口、7:弁座、8:第1弁体、
9:第2弁体、10:弁棒、11:オイル、12:切欠き、13:隙間、
14:エンジン、15:クランク軸、16:クランク室、17:オイル、
18:シリンダヘッド、19:カム室、20:PCVバルブ、
21:ブローバイガス通路、22:吸気マニホルド、23:セパレータ、
24:ターボ、25:吸気通路、26:エアクリーナ、
27:ブローバイガス通路、28:セパレータ、29:オイル落し通路、
30:オイル落し通路、31:セパレータ、32:分離室、33:タンク室、
34:ブローバイガス通路、35:オイル落し通路、36:過圧弁、
37:逆止弁、38:オイル、39:連通路、40:連通路、
41:サージタンク。
Claims (4)
- エンジンのクランク室と吸気通路とを連通するブローバイガス通路の途中に設けられ、ブローバイガスからオイルを分離してオイル落し通路を介してクランク室に戻すブローバイガスのセパレータであって、エアとオイルを分離する分離室と、該分離室の下部に設けた弁機構とを備え、該弁機構に前記オイル落し通路を接続したセパレータにおいて、
前記弁機構は、前記分離室側の入口とオイル落し通路側の出口を有し、該入口および出口間に弁座を設け、この弁座の一方の側に第1弁体を、他方の側に第2弁体を配設し、該第1弁体および第2弁体同士を連結して前記入口および出口間の圧力差に応じて両弁体が連動し、一方の弁体が閉じたときに他方の弁体が開くように構成したことを特徴とするブローバイガスのセパレータ。 - 前記弁座または弁体に、弁体が閉じたときにガスを逃す切欠きを形成したことを特徴とする請求項1に記載のブローバイガスのセパレータ。
- 前記エンジンは、ターボエンジンであることを特徴とする請求項1または2に記載のブローバイガスのセパレータ。
- 前記弁機構は、前記第1弁体および第2弁体の重量を支持する程度の強さのスプリングを備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のうちいずれか一つに記載のブローバイガスのセパレータ。
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