JP6092746B2 - オイルセパレータ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のブローバイガス中のオイルを分離するためのオイルセパレータに関する。

自動車のエンジン等において、ピストンとシリンダとの隙間からクランクケース内に漏出するブローバイガスは、多量の炭化水素（ＨＣ）を含んでいる。炭化水素は光化学スモッグの原因物質であるため、ブローバイガスを大気中に放出するのではなく、これを吸気系に戻して混合気と共に再燃焼させる還元方式が普及している。ブローバイガス中にはエンジンオイル等が微粒化されたオイルが含まれているため、このオイルを除去した後のガスが吸気系に送られる。ブローバイガス中のオイルミストを分離する手段としては、種々の方式（慣性衝突式、ラビリンス式及びサイクロン式等）のオイルセパレータが知られている。

特許文献１には、慣性衝突式のオイルセパレータが記載されている。このオイルセパレータには、流路の開口部を閉塞する板ばねが片持ち状に支持されるように取り付けられている。この板ばねが弾性変形することにより、開口部と板ばねとの間に間隙が生じ、ブローバイガスはその間隙を通過する際に加速される。その後、加速されたブローバイガスは下流側に設けられた壁に衝突するため、ブローバイガスに含まれるオイルミストは、慣性作用によって壁に付着して捕集される。この方式は、ブローバイガスが高速で壁に衝突するため、比較的小径のオイル粒子であっても捕集することができる。

ドイツ国特許第１０３６２１６２号明細書

しかしながら、上記特許文献１に記載されたオイルセパレータでは、板ばねが片持ち状に支持されているため、板ばねの固定端側に高速のブローバイガスが衝突する壁を設けることが困難であり、スペースを有効利用できず、オイルの捕集効率が制限されていた。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、オイルの捕集効率を向上させたオイルセパレータを提供することを主目的とする。

本発明に係るオイルセパレータの一側面は、内燃機関のブローバイガス中のオイルを分離するオイルセパレータ（１０）であって：ブローバイガスの流路を形成し、下流側を向く環状肩面（４２）を画定するハウジング（１２）と；前記流路内に配置され、その端面が前記環状肩面に当接して前記流路を閉塞する閉塞位置と該端面が前記環状肩面から離間して前記流路を開放する開放位置との間を往復可能な弁体（３６）と；前記弁体を前記閉塞位置に向けて付勢するばね手段（４０）と；前記ハウジング内に設けられて、前記ブローバイガスから分離されたオイルをクランク室に還流させる還流手段（２２）とを備え、前記弁体は、前記環状肩面の下流側において前記流路の壁面に所定の間隔をおいて対向する第１側面（５４）を備え、前記ばね手段のばね定数は、前記流路内の差圧によって、前記弁体が該ばね手段の付勢力に抗して前記開放位置に移動するように設定されており、前記開放位置における前記弁体の前記端面と前記環状肩面との間隙（Ｂ）は前記弁体の前記第１側面と前記流路の前記壁面との前記間隔（Ａ）よりも狭いという関係が、前記ブローバイガスの流量に関わらず、常に成立することを特徴とする。

この構成によれば、ブローバイガスは、その流量が少ない場合であっても、弁体と環状肩面との間隙で流速が速まり、高速で環状肩面から下流側に延在する壁に衝突し、その衝突する部分は壁の全周にわたるため、効果的に小径のオイルを分離することが出来る。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記ばね手段の前記ばね定数は、前記間隙が前記ブローバイガスの流量に関わらず前記間隔よりも常に狭いという前記関係が成立するように設定されることを特徴とする。

この構成によれば、別途、弁体の移動を規制する規制手段を用いることなく、弁体の可動範囲を制限でき、部品点数の増加を抑えることができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記環状肩面は、該環状肩面に同軸の環状に形成された突条（４６）を備え、該突条の先端において前記弁体と当接することを特徴とする。

この構成によれば、突条の下流側に溝（４８）が形成されるため、摩擦による圧力損失を低減することが出来る。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記突条は、下流に向かうにつれて内径が増大するように形成された内周面を備えることを特徴とする。

この構成によれば、突条と弁体との間隙に向かうブローバイガスの圧力損失を低減でき、ブローバイガスの流速を上げることができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記弁体は、前記第１側面から下流側に延在して下流に向かうにつれ前記流路の前記壁面から離間するように形成された第２側面（５６）を有することを特徴とする。

この構成によれば、ブローバイガスの圧力損失を低減することができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記流路は、複数の並列に配置された分岐流路を備え、前記環状肩面および前記弁体は、前記分岐流路の各々に設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、ブローバイガスからのオイル分離性能を向上させるとともに、圧力損失を抑えることができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記弁体の前記往復の方向は、鉛直方向であり、前記還流手段は、前記弁体の下方に配置されることを特徴とする。

この構成によれば、分離したオイルは自重により下方に落下し、還流手段に導かれるため、簡素な還流手段で、オイルを簡単かつ確実に還流させることができる。

本発明の他の側面は、上記構成において、前記ハウジングには、前記環状肩面の上流側において、前記流路の一部から形成されるプレセパレート部（１６）が形成されており、前記プレセパレート部の前記流路は、流路断面積が狭窄化された狭窄（２４）部と、該狭窄部の下流側に配置されて該狭窄部の流路に対して屈曲した流路を有する屈曲部（２６）とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、比較的流形の大きいオイル粒子はプレセパレート部で捕集されるため、弁体とハウジングとの間にオイルが詰まることを防止または抑制することができる。

本発明によれば、ブローバイガスに含まれる小径（１μｍ前後）のオイルの捕集効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るオイルセパレータの平面図 図１中のII−II線断面図 本発明の実施形態に係るオイルセパレータの主要部の拡大断面図（弁が閉じた状態） 本発明の実施形態に係るオイルセパレータの主要部の拡大断面図（弁が開いた状態）

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。説明に当たり、方向を示す用語は、図面に示す方向に従う。図１は、本発明の実施形態に係るオイルセパレータの平面図であり、図２は、図１中のII−II線断面図である。また、図３及び図４は、本発明の実施形態に係るオイルセパレータの主要部（図２の二点鎖線で囲まれた部分）の拡大断面図であり、図３は弁が閉じた状態を示し、図４は弁が開いた状態を示す。

オイルセパレータ１０は、図示しない自動車のエンジンに設けられたブローバイガス還元装置において、ブローバイガス中のオイル（オイルミスト）を分離する手段として用いられる。オイルセパレータ１０は、エンジン上部のヘッドカバーと一体又は別体に設けられている。

図１及び図２を参照すると、オイルセパレータ１０はハウジング１２を備え、ハウジング１２内には、右側（上流側）から左側（下流側）に向けて、順に、ブローバイガスが導入される導入口１４、比較的粒径の大きいオイルを分離するためのプレセパレート部１６、比較的粒径の小さいオイルを分離するための主セパレート部１８、及びブローバイガスを外部に導く導出口２０が形成されている。さらに、ハウジング１２内には、プレセパレート部１６及び主セパレート部１８で捕集されたオイルを図示しないクランク室に還流させるオイル還流路２２が形成されている。ハウジング１２は、合成樹脂材料又は金属から形成され、概ね箱型の外形を有する。

導入口１４は、クランク室に連通しており、クランク室内のブローバイガスをプレセパレート部１６に導入する。

プレセパレート部１６の流路は、その前後の区間に比べて流路断面積が狭窄化された狭窄部２４と、狭窄部２４の直近の下流側に形成された屈曲部２６とを備える。プレセパレート部１６の流路には、概ね左右に延在する流路において、流路下面から上方向かって突出した第１仕切り板２８と、第１仕切り板２８の左側に設置される、流路上面から下方向かって突出した第２仕切り板３０とが設けられている。第１仕切り板２８の上端は、第２仕切り板３０の下端よりも高くなっている。第１仕切り板２８と第２仕切り板３０との距離は、その前後の流路の高さよりも小さい。すなわち、第１仕切り板２８と第２仕切り板３０との間の流路断面積は、その前後の流路断面積より小さくなっている。第１仕切り板２８と第２仕切り板３０とが対向している部分が狭窄部２４であり、第１仕切り板２８と略直交するように下流側に延びる部分が屈曲部２６である。

図２を参照すると、導入口１４から導入されたブローバイガスは、一端上昇した後、プレセパレート部１６において、左方に流れ、第１仕切り板２８及び第２仕切り板３０によって形成された狭窄部２４で下方に向きを変え、その後屈曲部２６で再び向きが左方に変わる。ここで、狭窄部２４では、流路断面積が小さいため、ブローバイガスは加速され、その流速が上昇する。そして、下方に向う流速の上昇したブローバイバスが、屈曲部２６における流路の下面に衝突するため、慣性作用によってオイルが流路の下面に捕集される。ここで、粒径が比較的大きなオイル粒子、具体的には概ね１０μｍ以上のオイル粒子がブローバイガスから除去される。プレセパレート部１６で捕集されたオイルは、ブローバイガスの流路の下方に配置されたオイル還流路２２を通ってクランク室に還流される。ここで、オイルが捕集されるのは流路の下面であるため、捕集されたオイルは重力に従ってスムーズにオイル還流路２２に移動できる。比較的大きなオイル粒子が除去されたブローバイガスは、主セパレート部１８に導入される。

主セパレート部１８では、比較的小さなオイル粒子、具体的には概ね１μｍ以上の粒子がブローバイガスから除去される。図２に示されるように、主セパレート部１８では、流路が分岐して、４つの並列な分岐流路が形成されており、そのそれぞれに、略同一の構成のオイル粒子除去機構３２が設けられている。ブローバイガスは、オイル粒子除去機構３２を概ね上方から下方に向かって流れる。分岐流路は、再び１つの流路に連通しているため、オイル粒子除去機構３２を通過したブローバイガスは、合流して１つの流れになる。図３及び図４は、オイル粒子除去機構３２の１つを拡大した断面図である。

図３及び図４を参照して、オイル粒子除去機構３２の構成について説明する。オイル粒子除去機構３２は、上下方向に延在するシリンダ３４と、シリンダ３４内を上下に移動する弁体３６と、弁体３６を上下に移動可能に支持する支持体３８と、弁体３６を上方に付勢するばね手段４０とを備える。

シリンダ３４は、合成樹脂又は金属から形成され、ハウジング１２と一体に形成されてもよく、別体として形成された後、ハウジング１２と一体化されてもよい。シリンダ３４の内面には、下流側を向く円環状の環状肩面４２が形成されている。シリンダ３４の内部空間は、上端側では、下方に行くに従って径が小さくなる円錐台状を呈し、円錐台状の空間の下端から環状肩面４２までは、径が略一定の円柱状を呈し、環状肩面４２より下方においては、略円柱状ないし、下方に行くに従って径がわずかに大きくなる円錐台状を呈している。シリンダ３４の周壁４４は、隣接する他のシリンダ３４の周壁４４と一体化している。

環状肩面４２には、弁座として機能する突条４６が環状肩面４２と同軸の円環状に形成されている。突条４６の内周面は、下方に向かうにつれて内径が増大するように形成されており、縦断面視でシリンダ３４の中心軸側の斜め下方に向かって凸になっている。突条４６の外周面は、略上下に延在する円筒面になっており、シリンダ３４下部の内周面と所定の間隔をもって対向している。すなわち、突条４６の外周面、環状肩面４２の外側、及びシリンダ３４下部の内周面が、円環状の溝４８を確定している。

弁体３６は、シリンダ３４の環状肩面４２より下側に配置されており、合成樹脂又は金属から形成され、概ね円板状の円板部５０と、円板部５０からその中心軸に沿って下方に延出する軸部５２とを備える。弁体３６の上側端面、すなわち、円板部５０の上面は、突条４６の下端（先端）に全周にわたって当接可能であり、分岐流路を閉塞する。また、円板部５０の上面は、わずかに傾斜した傘状を呈しており、付着したオイルが周縁に向かって流れて落下するようになっている。円板部５０の外周面は、シリンダ３４の環状肩面４２より下方の内周面に所定の間隔Ａをおいて対向している第１側面５４と、第１側面５４から下方に延在して下方に向かうにつれ上下方向軸側に向かいシリンダ３４の内周面から離間するように形成された第２側面５６とから形成される。軸部５２は、円柱状を呈する。円板部５０及び軸部５２の中心軸、すなわち、弁体３６の上下方向中心軸は、シリンダ３４の中心軸に略一致する。

支持体３８は合成樹脂又は金属から形成され、ハウジング１２と一体に形成されてもよく、別体として形成された後、ハウジング１２と一体化してもよい。支持体３８は、円柱状を呈し、上面には、弁体３６の軸部５２を受容する受容孔５８と、ばね手段４０の下端側を受容するばね受容孔６０とが形成されている。受容孔５８とばね受容孔６０とは連続しており、両者は同軸で、ばね受容孔６０の方が浅く、径が大きい。受容孔５８は、水平方向に余裕をもって弁体３６の軸部５２を受容する。受容孔５８の水平方向に余裕があるため、弁体３６の軸部５２に対する摩擦を低減できる。また、弁の開放時には、弁体３６の円板部５０の第１側面５４及び第２側面５６とシリンダ３４の内周面との間をブローバイガスが高速で流れるため、弁体３６は、その軸部５２と受容孔５８との間に隙間があっても、第１側面５４及び第２側面５６とシリンダ３４の内周面との間隔が全周にわたって略均一なった状態で安定する。また、支持体３８の上面には、受容孔５８と同一の深さの横溝６２が受容孔５８から支持体３８の側面にかけて設けられている。横溝６２を通して、受容孔５８及びばね受容孔６０に進入したオイルが排出される。

ばね手段４０は、圧縮コイルばねからなる。ばね手段４０は、その内部に弁体３６の軸部５２を受容するように配置され、下端側が支持体３８のばね受容孔６０に受容されており、上端側が弁体３６の円板部５０の下面に圧接している。そのため、ばね手段４０は、弁体３６を上方に向けて付勢している。

次に、オイル粒子除去機構３２の作用について説明する。クランク室側の圧力と吸気系側の圧力との差が小さい場合、ばね手段４０の付勢力が勝り、図３に示すように、弁体３６の上側端面が、弁座である環状肩面４２の突条４６の先端（下端）に当接し、分岐流路を閉塞する。圧力差が大きくなると、その差圧がばね手段４０の付勢力に勝り、図４に示すように、弁体３６が下方に移動して、弁体３６の上側端面が突条４６の先端から離間し、分岐流路を開放する。弁体３６の上側端面と突条４６の先端との離間距離Ｂは、クランク室側と吸気系側との差圧の大きさによって変動するが、円板部５０の外周面とシリンダ３４の内周面との間隔Ａよりも常に小さくなるように、ばね手段４０のばね定数が定められている。離間距離Ｂが小さいため、ブローバイガスは、その流量が少ない場合であっても、十分速度が上昇する。また、離間距離Ｂは、プレセパレート部１６の第１仕切り板２８と第２仕切り板３０との距離よりはるかに小さいため、ブローバイガスは、弁体３６の上側端面と突条４６の先端との間を通過する際に大きく加速されて、その流速はプレセパレート部１６の狭窄部２４での流速よりも大きくなる。ここで、シリンダ３４の上端側の空間が下方の径が小さい円錐台形状になっていることや、突条４６の内周面が縦断面視でシリンダ３４の中心軸側の斜め下方に凸な形状であるため、突条４６と弁体３６との間隙に至るまでのブローバイガスの圧力損失は小さい。また、弁体３６の上側端面と突条４６の先端との間を通過したブローバイガスは、溝４８が設けられているため、溝４８がない場合に比べて、摩擦による圧力損失が抑えられ、速度低下が抑制される。

弁体３６の上側端面と突条４６の先端との間を通過した高速のブローバイガスは、環状肩面４２の下方近傍のシリンダ３４内周面に衝突する。ここで衝突するブローバイガスは、プレセパレート部１６のブローバイガスよりもはるかに高速であるため、概ね１μｍまでの比較的小径のオイル粒子が、慣性作用によって、シリンダ３４内周面に捕集される。概ね１０μｍ以上の比較的粒径の大きいオイルは、プレセパレート部１６で捕集されているため、ここで捕集されるオイルは比較的粒系の小さいもののみとなり、円板部５０の外周面とシリンダ３４の内周面との間隔Ａや、弁体３６の上側端面と突条４６の先端との離間距離Ｂが狭くとも、オイル詰まりを回避又は低減できる。また、円板部５０の外周面とシリンダ３４の内周面との間隔Ａが、弁体３６の上側端面と突条４６の先端との離間距離Ｂよりも大きいため、間隔Ａでの加速は離間距離Ｂでの加速よりも小さくなり、ブローバイガス中のオイル粒子は慣性に従って内周面に衝突する。

衝突後、ブローバイガスは下方に向かうが、弁体３６の円板部５０の第２側面５６と、シリンダ３４の内周面との距離は、下方に向かうに従って広がるため、圧力損失が低減される。シリンダ３４を通過したブローバイガスは、左方の導出口２０（図２参照）に向かう。シリンダ３４の内周面に捕集されたオイルは、下方に落下する。

再び図１及び図２を参照する。導出口２０は、図示しない吸気マニホールドに連通している。主セパレート部１８を通過したブローバイガスは、導出口２０を介して、エンジンの吸気系に供給される。

オイル還流路２２は、プレセパレート部１６及びオイル粒子除去機構３２の各々の下方に開口して配置されており、それらが合流してクランク室に連通している。プレセパレート部１６及び主セパレート部１８で捕集されたオイルは、重力により落下し、オイル還流路２２に導かれ、クランク室に還流される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、環状肩面の形状は、円環状に代えて多角形の環状としても良く、この場合、弁体の円板部の形状及びシリンダ下部の形状も同様の多角形にされる。また、弁体３６の上側端面と突条４６の先端との離間距離Ｂを、円板部５０の外周面とシリンダ３４の内周面との間隔Ａよりも常に小さくするために、ばね手段４０のばね定数の設定に代えて、あるいはばね定数の設定とともに、弁体３６の下方への移動を規制するストッパを設けても良い。また、溝４８の形状を、丸みをつけたり、段差を設けたりして変更し、乱流の発生を抑制しても良い。また、弁体３６と支持体３８との支持構造は、弁体３６側に受容孔を設け、支持体３８側に受容孔に受容される軸を設けてもよく、また、弁体３６の側面とこれに対向するシリンダ３４の内周面との一方に上下に延在する突条を設け、他方にその突条を受容するガイド溝を設けてよい。また、各部材は、捕集されたオイルを重力によってオイル還流路２２に導ける範囲で、その向きを変えてよい。例えば、小径オイル粒子除去機構の軸が傾斜していてもよい。

１０…オイルセパレータ、１２…ハウジング、１４…導入口、１６…プレセパレート部、１８…主セパレート部、２０…導出口、２２…オイル還流路、２４…狭窄部、２６…屈曲部、２８…第１仕切り板、３０…第２仕切り板、３２…オイル粒子除去機構、３４…シリンダ、３６…弁体、３８…支持体、４０…ばね手段、４２…環状肩面、４４…周壁、４６…突条、４８…溝、５０…円板部、５２…軸部、５４…第１側面、５６…第２側面、５８…受容孔、６０…ばね受容孔、６２…横溝、Ａ…円板部５０の第１側面５４とシリンダ３４の内周面との間隔、Ｂ…弁体３６の上側端面と突条４６の先端との離間距離

Claims (8)

1. 内燃機関のブローバイガス中のオイルを分離するオイルセパレータであって、
   ブローバイガスの流路を形成し、下流側を向く環状肩面を画定するハウジングと、
   前記流路内に配置され、その端面が前記環状肩面に当接して前記流路を閉塞する閉塞位置と該端面が前記環状肩面から離間して前記流路を開放する開放位置との間を往復可能な弁体と、
   前記弁体を前記閉塞位置に向けて付勢するばね手段と、
   前記ハウジング内に設けられて、前記ブローバイガスから分離されたオイルをクランク室に還流させる還流手段と
   を備え、
   前記弁体は、前記環状肩面の下流側において前記流路の壁面に所定の間隔をおいて対向する第１側面を備え、
   前記ばね手段のばね定数は、前記流路内の差圧によって、前記弁体が該ばね手段の付勢力に抗して前記開放位置に移動するように設定されており、
   前記開放位置における前記弁体の前記端面と前記環状肩面との間隙は前記弁体の前記第１側面と前記流路の前記壁面との前記間隔よりも狭いという関係が、前記ブローバイガスの流量に関わらず、常に成立することを特徴とするオイルセパレータ。
2. 前記ばね手段の前記ばね定数は、前記関係が成立するように設定されることを特徴とする請求項１に記載のオイルセパレータ。
3. 前記環状肩面は、同軸の環状に形成された突条を備え、該突条の先端において前記弁体と当接することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオイルセパレータ。
4. 前記突条は、下流に向かうにつれて内径が増大するように形成された内周面を備えることを特徴とする請求項３に記載のオイルセパレータ。
5. 前記弁体は、前記第１側面から下流側に延在して下流に向かうにつれ前記流路の前記壁面から離間するように形成された第２側面を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のオイルセパレータ。
6. 前記流路は、複数の並列に配置された分岐流路を備え、前記環状肩面および前記弁体は、前記分岐流路の各々に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のオイルセパレータ。
7. 前記弁体の前記往復の方向は、鉛直方向であり、
   前記還流手段は、前記弁体の下方に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のオイルセパレータ。
8. 前記ハウジングには、前記環状肩面の上流側において、前記流路の一部から形成されるプレセパレート部が形成されており、
   前記プレセパレート部の前記流路は、流路断面積が狭窄化された狭窄部と、該狭窄部の下流側に配置されて該狭窄部の流路に対して屈曲した流路を有する屈曲部とを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のオイルセパレータ。

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