JP5867051B2

JP5867051B2 - オイル分離装置

Info

Publication number: JP5867051B2
Application number: JP2011273660A
Authority: JP
Inventors: 兼史新堂
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: JP2013124588A

Description

本発明は、自動車等のエンジン（内燃機関）においてブローバイガスとオイルとを分離するオイル分離装置に関する。

エンジン等の内燃機関の燃焼室からクランクケース内に漏れ出るブローバイガスには、通常オイル成分が含まれている。このため、例えばブローバイガスを吸気系に戻す場合にはオイル分離装置等によってオイル成分が分離される。ブローバイガスから分離されたオイルは、再度燃焼室に戻される。このようなオイル分離装置は古くから存在する。例えば、特許文献１には、クランクケース内に設けられ内燃機関により回転する回転軸と、この回転軸に設けられ該回転軸と一体に回転する送風ファンと、クランクルームに形成された排気口と、送風ファンによって送り出されたブローバイガスを衝突させてオイルミストを付着させるオイルミスト衝突壁と、を備えたオイル分離装置が示されている。特許文献１のオイル分離装置では、送風ファンによってクランクルーム内のブローバイガスが強制的に排気口に向けて送り出され、ブローバイガスが遠心力により排気口の周囲のオイルミスト衝突壁に衝突することで、ブローバイガスからオイル成分を分離している。

特開２００９−１２１３４１号公報

特許文献１のオイル分離装置では、ブローバイガスをオイルミスト衝突壁に衝突させるために利用される送風ファンが、クランク軸の軸芯周りに羽根が取付けられることで構成されている。すなわち、送風ファンはエンジンの駆動力を直接利用しているため、エンジンの駆動効率が低下してしまう。送風ファンの羽根で構成される円盤面にブローバイガスの流入部が形成されているため、送風ファンが高速回転するとブローバイガスがオイルミスト衝突壁を有する室に流入され難くなる。このことで、ブローバイガスの吸込み抵抗が増大する虞があり、エンジンの回転数が高速になりブローバイガス量が増加した場合にブローバイガスからのオイル成分の分離が不十分となる可能性がある。

本発明は、このような問題に鑑み、エンジン駆動力の損失を低減させつつブローバイガスからのオイル成分の分離を効率よく行うことができるオイル分離装置を提供することを目的としている。

本発明のオイル分離装置の第１特徴構成は、エンジンブロックの外部に、クランク軸とカム軸とに巻き回されるチェーン部材によって駆動回転される回転部材を備え、前記回転部材が、前記チェーン部材から駆動力を受け取る受動部と、前記エンジンブロックの壁部に設けられたブローバイガス排出口に対向配置されるガス受入部と、前記ガス受入部から取り入れたブローバイガスからオイル成分を遠心分離する回転部と、を備え、前記チェーン部材から前記受動部への動力伝達が前記チェーン部材の動きに基づく空力によって行われる点にある。

本構成により、クランク軸とカム軸とに巻き回されるチェーン部材によって回転部材が駆動回転する。このとき、移動するチェーン部材から回転部材の受動部に駆動力が伝達されて回転部材が回転する。回転部材には、受動部の他に、エンジンブロックの壁部に設けられたブローバイガス排出口に対向配置されるガス受入部と、ガス受入部から取り入れたブローバイガスからオイル成分を遠心分離する回転部とを備えているため、回転部材の回転により、回転部も回転し遠心力が発生することでブローバイガスからオイル成分が分離される。

このように、クランク軸の回転を直に回転部材の駆動力として伝達するのではなく、クランク軸とカム軸とに巻き回されるチェーン部材によって回転部材を駆動するため、エンジンの駆動力の低減が抑制され、エンジンの効率が向上する。また、遠心力を利用した回転部によってブローバイガスからオイル成分が分離されるため、ブローバイガスからオイル成分の分離を効率よく行うことができる。

チェーン部材の移動動作を回転部材の受動部が駆動力として受け取るためには、例えば受動部にチェーン部材との接触部を設けることが考えられる。こうすると、チェーン部材の移動動作が接触部に伝達されて回転部材の受動部に確実に駆動力が伝達される。ここで、本構成のように、チェーン部材から受動部への動力伝達がチェーン部材の動きに基づく空力によって行われると、回転部材にチェーン部材との接触部を設ける必要がなくなり、回転部材の構造が簡素となる。回転部材の受動部の駆動力となる空力としては、風力や磁力等が挙げられる。

本発明のオイル分離装置の第２特徴構成は、前記回転部材が前記チェーン部材を覆うカバーに支持されてある点にある。

本構成のように、回転部材がチェーン部材を覆うカバーに支持されていると、クランクケースの内部側の構造を変更する必要がなく、回転部材を簡易に支持することができる。また、回転部材を軸支持する際には、チェーン部材を覆うカバー側の方が回転部材の外方側であるので回転部材の支持構造を形成し易い。

本発明のオイル分離装置の第３特徴構成は、前記回転部の外周側に遠心分離されたオイル成分を受け止める受部を備えた点にある。

ガス受入部から取り入れられたブローバイガスは、回転部材の回転部の回転による遠心力により回転部の外周側に向けて送り出され、オイル成分も外方へ飛散することとなる。こうした場合に、本構成のように回転部の外周側に遠心分離されたオイル成分を受け止める受部を備えると、受部にオイル成分が当て付けられ、オイル成分の外方への飛散が防止される。また、受部に当て付けられたオイル成分には自重が働き易く、オイル成分の回収が容易となる。

本発明のオイル分離装置の第４特徴構成は、前記受動部と前記回転部とが前記回転部材の軸方向において異なる位置に配置されてある点にある。

本構成のように、受動部と回転部とが回転部材の軸方向において異なる位置に配置されてあると、受動部に駆動力を付与するチェーン部材と、回転部の外周側から排出されるブローバイガス流とが干渉し難くなる。その結果、チェーン部材から受動部への駆動力の伝達と、回転部によるブローバイガスからのオイル成分の分離とを回転部材の軸方向において独立的に行うことができ、オイル成分の分離処理の確実性が向上する。

本発明のオイル分離装置の第５特徴構成は、前記受動部と前記回転部とが前記回転部材の軸方向に垂直な同一平面内の位置に配置されてある点にある。

本構成のように、受動部と回転部とが回転部材の軸方向に垂直な同一平面内に位置に配置されると、受動部と回転部とが回転部材の軸方向の同位置で共用されることとなり、回転部材の軸方向の寸法が短くなる。その結果、オイル分離装置をコンパクトに構成することができる。

エンジンの横断面図エンジンの正面断面図オイル分離装置の横断面図図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図オイル分離装置の分解斜視図第２実施形態のオイル分離装置の横断面図

以下、本発明に係るオイル分離装置１００を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に示すように、エンジンＥは、エンジンブロックのシリンダヘッド１及びシリンダブロック２と、クランクケース３と、エンジンカバー４と、クランク軸５等を備える。シリンダヘッド１には、燃焼室、燃料供給装置、吸排気通路、点火機構、動弁機構等が配置されている。シリンダブロック２には、ピストン６とピストンピン（図示せず）と、コネクティングロッド７とクランク軸５とが設けられている。

エンジンＥは次のように作動する。燃焼室（または吸気通路）に、燃料供給装置により燃料が噴射され、吸気通路に空気が供給される。燃料と空気は燃焼室（又は吸気通路）内で混合され、混合気となる。点火機構がピストン６の上死点付近で混合気に点火し、燃焼したガスがピストン６を押し下げる。コネクティングロッド７とクランク軸５によりピストン６が押し下げられる力は回転力に変換される。

オイルポンプ（図示せず）はクランク軸５により駆動される。オイルパン３０はエンジンＥの一端方向の下部に配置されている。オイルパン３０からオイルポンプの間にはオイルストレーナを介してオイル通路が設けられる。オイルポンプは、エンジンＥの回転力により、オイルパン３０からストレーナ、オイル通路を介してオイルを吸い込み、潤滑部位に圧送する。

潤滑部位に送られたオイルは、潤滑部位に到達して油膜を形成した後、シリンダヘッド１やシリンダブロック２等に設けられた通路からオイルパン３０に帰還する。また、エンジンＥの停止中は各部の隙間からオイルパン３０にオイルが帰還する。

クランク軸５にはシリンダブロック２の前部から突出する端部にスプロケット５ａが締結されている。シリンダヘッド１にはクランク軸５と平行なカム軸８，９が設けられており、カム軸８，９にはカムスプロケット８ａ，９ａがそれぞれ取付けられる。スプロケット５ａ及びカムスプロケット８ａ，９ａにはチェーン部材１０が巻き回されている。これにより、クランク軸５の回転力がチェーン部材１０を介してカム軸８、９に伝達される。

シリンダブロック２の前端部には、上下方向においてカム軸８，９とクランク軸５と間の位置にブローバイガスの排出口１１が形成されている。この排出口１１に臨む位置に回転部材２０を備えたオイル分離装置１００が設けられている。回転部材２０はチェーン部材１０の内周側に配置されている。回転部材２０の前面側には、エンジンカバー４にカバー４０が装着されている。これにより、チェーン部材１０、スプロケット５ａ，８ａ、９ａ、及び回転部材２０がエンジンカバー４及びカバー部材４０とシリンダヘッド１、シリンダブロック２、及びクランクケース３との間に画設されるチェーン空間内に油密状態で配置される。

図３〜図５に示すように、回転部材２０は、クランク軸５に平行な軸部２２と、受動部２３と、回転部２４とを備える。受動部２３は、軸部２２に外嵌される筒部２３ａと、筒部２３ａの外周面に設けられ、チェーン部材１０から駆動力を受け取る羽根体２３ｂとを有する。受動部２３は、側面視においてチェーン部材１０と重なり合う位置に配置されている。羽根体２３ｂは、全体的に屈曲した板状部材が筒部２３ａの外周面に均等間隔に配置されて構成されている。

回転部２４は、軸部２２のシリンダブロック２とは反対の側の端部に設けられており、軸部２２の外周面に均等間隔に配置された板状部材によって構成されている。回転部２４の径方向に位置する軸部２２の外周にはガス通路２７に連通する孔部２２ａが複数形成されている。軸部２２のカバー４０の側の端部には円盤状のガイド部材２１が固着されている。ガイド部材２１は、孔部２２ａから放出されるガスを軸部２２に軸芯方向に垂直な方向に案内する。

回転部材２０はチェーン部材１０を覆うカバー４０に支持されている。受動部２３と回転部２４との間には仕切盤２５が配置されている。仕切り盤２５には、軸部２２用の貫通孔２５ａと軸部２２の軸受部２５ｂと、オイル流通孔２５ｄとが設けられている。回転部材２０は、仕切盤２５を介してカバー４０に支持され、カバー４０の固定部４０ａと仕切盤２５の周囲の固定部２５ｃとがエンジンカバー４にボルト止めされる。

シリンダブロック２の壁部２ａにはブローバイガスの排出口１１が形成されており、軸部２２の端部には排出口１１に対向配置されるガス受入部２６が形成されている。ガス受入部２６は、軸部２２の軸方向に延びるガス通路２７に連続し、排出口１１に向けてテーパ状に拡がるよう形成されている。

カバー４０は、エンジンカバー４の前面側に突出する円柱状の突出部４１を備え、突出部４１の前面には吸気管５０に接続される排気筒４３が設けられている。受部はカバー４０の突出部４１における回転部２４の外周を囲む周面部４１ａが相当する。また、周面部４１ａの最下面にはオイル流通用の凹部４１ｂが形成されている。

[オイル成分の分離動作]
クランク軸５の回転により、チェーン部材１０がクランク軸５とカム軸８，９との間で移動する。このとき、チェーン部材１０の周囲には、チェーン部材１０の移動による走行風が発生し、その走行風を回転部材２０の受動部２３が受けることで、受動部２３が軸部２２の軸芯周りに回転し、受動部２３と同軸の回転部２４も回転する。通常、チェーン部材１０の移動によって発生する走行風は利用されることはほとんどないため、エンジンＥにおいて新たな仕事を発生させることなく、回転部材２０を回転させるための駆動力を得ることができる。

こうして、回転部材２０が軸部２２の軸芯周りに回転することにより、軸部２２の軸芯方向に沿って設けられるガス受入部２６からブローバイガスが流入する。ブローバイガスがガス受入部２６に流入するのは、クランクケース３と吸気管５０との差圧による。ガス受入部２６から流入したブローバイガスは軸部２２のガス通路２７から回転部２４近くの軸部２２に形成された孔部２２ａから排出され、回転部２４の回転による遠心力により、放射方向に送り出される。ここで、ブローバイガスに含まれる質量の重いオイル成分は中心部分に分離され、質量の軽いガスは回転部２４の外周部分に主に分離される。オイル成分は自重により下方に移動しオイル流通用の凹部４１ｂから仕切盤２５のオイル流通孔を通過してオイルパン３０に還流される。ガスは排気筒４３の通路４３ａを経て吸気管５０へ吸い込まれることとなる。

回転部材２０の回転部２４の回転により、ブローバイガスのオイル成分は回転部材２０の下方以外の側方や上方に飛散することがある。こうした場合に、回転部２４の外周側に受部（本実施形態ではカバー４０の周面部４１ａ）が備えられていると、受部４１ａにオイル成分が当て付けられることとなり、オイル成分の外方への飛散が防止される。また、受部４１ａに当て付けられたオイル成分には自重が働くため、オイル成分を周囲に飛散させずに効率よく回収することができる。

本実施形態では、チェーン部材１０の移動の際に発生する風力を利用し、回転部材２０の受動部２３がその風力を駆動力として受け取ることで、回転部材２０を回転させている。本構成のように、チェーン部材１０から受動部２３への動力伝達がチェーン部材１０の動きに基づく空力によって行われるよう構成すると、回転部材２０の受動部２３にチェーン部材１０との接触部を設ける必要がなくなり、回転部材２０の構造を簡素にすることができる。

[第２実施形態]
本実施形態では、図６に示すように、軸部２２の軸芯方向の中間位置の外周に円柱状の回転部２４が設けられており、回転部２４のシリンダブロック２の側に円盤部材２８が取付けられている。円盤部材２８には、回転部２４の外周側に受動部２３の羽根体２３ｂが取付けられている、こうして、回転部材２０の受動部２３と回転部２４とが回転部材２０の軸方向に垂直な同一平面内の位置に配置される。受動部２３と回転部２４とが回転部材２０の軸方向に垂直な同一平面内の位置に配置されると、回転部材２０の軸方向の寸法が短くなる。その結果、オイル分離装置１００をコンパクトに構成することができる。

回転部材２０の軸部２２において、シリンダブロック２の壁部２ａのブローバイガスの排出口１１を臨む部分にはガス受入部２６が形成されており、ガス受入部２６から軸部２２の軸方向にガス通路２７が形成されている。ガス通路２７は回転部２４まで形成され、ガス通路２７から回転部２４の径方向に複数の遠心通路２９が形成されている。遠心通路２９はカバー４０の方向に傾斜して形成されており、回転部２４の外方まで連通している。また、軸部２２には、回転部２４の端部の位置に開口２２ｂと開口２２ｂからカバー４０の排気筒４３の通路４３ａに連通する通路２２ｃとが形成されている。

カバー４０とエンジンカバー４との間には仕切盤２５が配置されている。仕切盤２５には、軸部２２の軸受部２５ｂと、固定部２５ｃと、回転部２４を同心円状に囲む円筒部２５ｆ、オイル下部に形成された案内通路２５ｅとが設けられている。円筒部２５ｆは、回転部２４の遠心通路２９の出口に対向して設けられている。本実施形態においては、円筒部２５ｆは遠心分離されたオイル成分を受け止める受部に相当する。また、仕切り盤２５には、円筒部２５ｆの内側の最下面にオイル流通用の凹部２５ｇと、凹部２５ｇに連続し下方に延設される案内通路２５ｅが形成されている。

[オイル成分の分離動作]
ガス受入部２６より流入したブローバイガスは軸部２２のガス通路２７を移動し、回転部２４の回転によりブローバイガスに遠心力が働くことで、ブローバイガスは回転部２４に形成された遠心通路２９から外方に排出される。ここで、質量の重いオイル成分は中心部分に分離され、質量の軽いガスは回転部２４の外周部分に主に分離される。オイル成分は自重により下方に移動し、ガスは吸気管５０へ吸い込まれることとなる。遠心通路２９から排出されたブローバイガスは軸部２２の開口２２ｂによって受け入れられ、軸部２２の通路２２ｃから排気筒４３の通路４３ａを経て吸気管５０に送られる。オイル成分は自重により下方に移動しオイル流通用の凹部２５ｇから案内通路２５ｅを経てオイルパン３０に還流される。

[その他の実施形態]
（１）上記の実施形態では、カバー４０がエンジンカバー４から前面に突出して設けられている例を示したが、カバー４０をエンジンカバー４と面一状に設け、エンジンカバー４の内方側に突出部が配置されるよう構成してもよい。

（２）受動部２３の羽根体２３ｂにチェーン部材１０と接触する接触部を設けてもよい。こうすると、チェーン部材１０と受動部２３とが確実に接触することとなり、チェーン部材１０から受動部２３が受け取る駆動力が大きくなる。これにより、回転部材２０は安定的に回転することとなり、オイル分離能力を高めることができる。

（３）上記の第１実施形態では、受動部２３をシリンダブロック２の側に配置し回転部２４をシリンダブロック２とは反対の側に配置する例を示したが、受動部２３をシリンダブロック２とは反対の側に配置し回転部２４をシリンダブロック２の側に配置してもよい。

（４）第１実施形態のオイル分離装置１００の回転部２４として第２実施形態で示した円柱状の回転部２４を用いてもよいし、第２実施形態のオイル分離装置１００の回転部２４として第１実施形態で示した軸部２２の外周に板状部材を配置した回転部２４を用いてもよい。

（５）上記の第２実施形態において、回転部２４にガス受入口２６から導入されるブローバイガスのガス流の受部を設けて、このガス流を回転部２４の駆動力として利用してもよい。

（６）上記の実施形態では、受動部２３として全体に屈曲した板状部材で構成した羽根体２３ｂを用いたが、受動部２３の羽根体２３ｂはチェーン部材１０の動きによって発生する風力を受け取ることができる渦巻き状や、水車状等、多種の形状を利用することできる。また、上記の実施形態では、回転部材２０は軸部２２と回転部２４とが一体的に形成される例を示したが、軸部２２、受動部２３、回転部２４の全てが一体的に形成されていてもよい。

本発明に係るオイル分離装置は、各種車両の内燃機関に広く利用可能である。

１シリンダヘッド（エンジンブロック）
２シリンダブロック（エンジンブロック）
２ａ壁部
５クランク軸
６カム軸
１０チェーン部材
１１ブローバイガス排出口
２０回転部材
２２軸部
２３受動部
２３ａ筒部
２３ｂ羽根体
２４回転部
２５仕切盤
２５ｅリブ部（受部）
２６ガス受入部
２７ガス通路
４０カバー
４１突出部
４１ａ周面部（受部）

Claims

エンジンブロックの外部に、クランク軸とカム軸とに巻き回されるチェーン部材によって駆動回転される回転部材を備え、
前記回転部材が、
前記チェーン部材から駆動力を受け取る受動部と、
前記エンジンブロックの壁部に設けられたブローバイガス排出口に対向配置されるガス受入部と、
前記ガス受入部から取り入れたブローバイガスからオイル成分を遠心分離する回転部と、を備え、
前記チェーン部材から前記受動部への動力伝達が前記チェーン部材の動きに基づく空力によって行われるオイル分離装置。
前記回転部材が前記チェーン部材を覆うカバーに支持されてある請求項１記載のオイル分離装置。
前記回転部の外周側に遠心分離されたオイル成分を受け止める受部を備えた請求項１又は２記載のオイル分離装置。
前記受動部と前記回転部とが前記回転部材の軸方向において異なる位置に配置されてある請求項１〜３のいずれか一項に記載のオイル分離装置。
前記受動部と前記回転部とが前記回転部材の軸方向に垂直な同一平面内の位置に配置されてある請求項１〜３のいずれか一項に記載のオイル分離装置。