以下、本実施形態に係るオイルセパレータ30について、図面を参照しつつ説明する。なお図面に関しては、構成が分かり易いように模式的に図示されており、図面上の各部位の寸法比は必ずしも実物と一致しておらず、また図面間の寸法比等も必ずしも一致していない。また、本実施形態においては、オイルセパレータ30の具体例として、エンジン10のブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータを用いている。
図1は、本実施形態に係るオイルセパレータ30が適用されたエンジンシステム1の構成を模式的に示す構成図である。このエンジンシステム1は、車両に搭載されている。エンジンシステム1は、エンジン10と、ブローバイガス還元装置20とを備えている。エンジン10の具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施形態では一例としてディーゼルエンジンを用いている。
エンジン10は、エンジン本体11と、クランクケース12とを備えている。エンジン本体11は、シリンダブロック、このシリンダブロックの上部に配置されたシリンダヘッド、シリンダブロックに形成されたシリンダ(気筒)に配置されたピストン、ピストンにコンロッドを介して接続されたクランクシャフト、シリンダ内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置等を備えている。クランクケース12は、その内部にクランクシャフトを収容するケースである。このクランクケース12は、シリンダブロックの下部に配置されている。
ブローバイガス還元装置20は、オイルセパレータ30と、第1通路90と、第2通路91と、第3通路92と、逆止弁95とを備えている。第1通路90は、エンジン10に設けられたブローバイガス排出口と、オイルセパレータ30のガス導入管50(後述する図2以降で説明する)とを連通しており、エンジン10から排出されたブローバイガスをオイルセパレータ30に導入する配管である。
なお、エンジン10におけるブローバイガス排出口の形成箇所は、ブローバイガスを排出できる箇所であればよく、その具体的な形成箇所は特に限定されるものではないが、本実施形態に係るブローバイガス排出口は、一例として、エンジン10のシリンダヘッドの部分に形成されている。なお、ブローバイガス排出口は、例えば、クランクケース12の部分に設けられていてもよい。また、本実施形態に係るブローバイガスは、具体的には、エンジン10の燃焼室のガスがピストンとシリンダとの隙間からクランクケース12内に漏洩したガスである。ブローバイガス排出口は、エンジン10の内部において、このクランクケース12の内部と連通している。
オイルセパレータ30は、ブローバイガスに含まれるオイルを分離する装置である。オイルセパレータ30の詳細は後述する。
第2通路91は、オイルセパレータ30のガス出口41(後述する図2参照)とエンジン10の吸気系13とを連通しており、オイルセパレータ30を通過後のブローバイガス(すなわち、オイルが分離された後のブローバイガス)を吸気系13に導入する配管である。本実施形態においては、このエンジン10の吸気系13の具体例として、エンジン10の吸気通路を用いている。第3通路92は、オイルセパレータ30のオイル出口42(後述する図2参照)と、エンジン10のクランクケース12に設けられたオイル戻し口とを連通しており、オイルセパレータ30によってブローバイガスから分離されたオイルをクランクケース12に導入する配管である。
逆止弁95は、第3通路92に配置されている。逆止弁95は、第3通路92における逆止弁95よりもクランクケース12の側の圧力(以下、「クランクケース側圧力」と称する)が、第3通路92における逆止弁95よりもオイルセパレータ30の側の圧力(以下、「オイルセパレータ側圧力」と称する)より大きい場合に、閉弁状態になるように設定されている。
本実施形態に係る逆止弁95は、車両の走行中においては閉弁状態なっている。具体的には、車両の走行中においては、エンジン回転数はアイドリング運転時の回転数よりも高い回転数になる。この場合、クランクケース12内のガス圧力は十分に高いので、クランクケース側圧力はオイルセパレータ側圧力より大きくなる。この結果、逆止弁95は閉弁状態になる。このように逆止弁95が閉弁状態になった場合、第3通路92のオイルがクランクケース12内のガスとともに第3通路92を逆流してオイルセパレータ30の側に吹き上げられることが抑制される。また、この場合、オイルセパレータ30によって分離されたオイルは、第3通路92における逆止弁95よりもクランクケース12の側へ流動することができないので、オイルセパレータ30の内部や第3通路92における逆止弁95よりもオイルセパレータ30の側の部分に滞留している。
一方、エンジン10の運転が停止した場合(エンジン回転数がゼロになった場合)、クランクケース12内のガス圧力は低下して、クランクケース側圧力はオイルセパレータ側圧力以下になる。この結果、逆止弁95は開弁状態になる。この場合、オイルは、第3通路92を通過してクランクケース12内に導入される。
続いて、オイルセパレータ30の構成について説明する。図2は、オイルセパレータ30の内部構造を説明するための模式的断面図であり、具体的にはオイルセパレータ30のガス導入管50の軸線を含む面でオイルセパレータ30を切断した断面を模式的に図示している。なお、図2に図示されている「上方」及び「下方」は、それぞれ重力の方向で見た場合の上方(地面から空に向かう方向)及び下方(空から地面に向かう方向)を意味している。
オイルセパレータ30は、ハウジング40と、ガス導入管50と、フィルタエレメント60と、下部エンドプレート70と、上部エンドプレート80とを備えている。フィルタエレメント60、下部エンドプレート70、及び上部エンドプレート80は、ハウジング40の内部に収容されている。ガス導入管50は、その大部分はハウジング40の内部に収容されているが、ガス導入管50の下方側端部は、ハウジング40の底面部に設けられた挿通孔に挿通されている。これにより、ブローバイガスがガス導入管50の下方側端部からガス導入管50の内部に流入できるようになっている。
本実施形態に係るハウジング40は、一例として、円柱状の外観形状を呈している。ハウジング40には、ブローバイガスをハウジング40の内部から外部へ排出するためのガス出口41と、オイルをハウジング40の内部から外部へ排出するためのオイル出口42とが設けられている。本実施形態に係るガス出口41は、一例としてハウジング40の外周側壁部に設けられている。本実施形態に係るオイル出口42は、一例としてハウジング40の底部(具体的には、ハウジング40の底部のうち、下部エンドプレート70が配置されている箇所よりも外側の部分)に設けられている。ガス出口41には、前述した第2通路91の上流側端部が連通しており、オイル出口42には、前述した第3通路92の上流側端部が連通している。
なお、本実施形態に係るガス出口41及びオイル出口42は、それぞれ1個ずつ設けられているが、ガス出口41及びオイル出口42の個数はこれに限定されるものではなく、例えば複数個ずつ設けられていてもよい。
ガス導入管50は、下方側から上方側に向かって延在する管壁部51を備えている。この管壁部51の内部を、ブローバイガスが下方側から上流側に向かって流動する。管壁部51は、下方側から上方側にかけて複数の段(本実施形態では一例として3段)に形成されたガス排出部52a,52b,52cを備えている。具体的には、1段目のガス排出部52aの上段に、2段目のガス排出部52bが設けられ、この2段目のガス排出部52bの上段に、3段目のガス排出部52cが設けられている。なお、ガス排出部の段数は3段に限定されるものではなく、3段より少なくてもよく、多くてもよい。
また、本実施形態に係るガス排出部52a,52b,52cは、管壁部51に形成された円形状の孔(ガス排出孔)によって構成されている。但し、ガス排出部52a,52b,52cの形状は、本実施形態のような円形状に限定されるものではなく、他の形状(例えば多角形(具体的には、三角形や、四角形、又は、四つ以上の角部を有するもの)等)であってもよい。
図3は、ガス導入管50の一部(具体的にはガス排出部52bの近傍部分)を抜粋した模式的斜視図である。図2及び図3を参照して、各々の段に設けられているガス排出部はそれぞれ円周状に複数個設けられている。具体的には、図3に示すように、ガス排出部52b(2段目のガス排出部)は、隣接するガス排出部52bとのなす角が90度となるようにして、円周状に合計4個設けられている。他のガス排出部も、これと同様に円周状に合計4個ずつ設けられている。なお、各々の段に存在するガス排出部のなす角は、本実施形態のような90度に限定されるものではなく、90度より小さくてもよく、大きくてもよい。
図2を再び参照して、ガス排出部52a,52b,52cは、下方側の段から上方側の段に向かうに従って、その開口面積が大きくなっている。なお、「ガス排出部の開口面積」とは、ガス排出部の開口部分(すなわち孔)の面積を意味している。また、本実施形態のように、一つの段に複数個のガス排出部が存在する場合には、各々の段に存在する複数個のガス排出部の合計の開口面積が、下方側の段から上方側の段に向かうに従って大きくなっていればよい。
具体的には、本実施形態の場合、各々のガス排出部の開口面積は、ガス排出部52a、ガス排出部52b、及びガス排出部52cの順序で、徐々に大きくなっている。そして、1段目に存在する4個のガス排出部52aの合計開口面積、2段目に存在する4個のガス排出部52bの合計開口面積、及び、3段目に存在する4個のガス排出部52cの合計開口面積も、この順序で徐々に大きくなっている。
フィルタエレメント60は、ガス導入管50の径方向で外側においてガス導入管50を囲むように配置されている。なお、本実施形態に係るフィルタエレメント60は、一例として、略円筒形状を有している。
フィルタエレメント60は、ガス導入管50のガス排出部52a,52b,52cから排出されたブローバイガスに含まれるオイルを捕集する機能を有している。具体的には、本実施形態に係るフィルタエレメント60は、複数の孔を有する多孔質素材によって構成されている。この多孔質素材の一例として、本実施形態では、濾紙を用いている。このフィルタエレメント60を構成する濾紙の複数の孔(具体的には、複数の微細な細孔)をブローバイガスが通過する際に、ブローバイガスに含まれるオイルが濾紙の孔以外の部分(具体的には繊維部分)に捕集される。このようにして、フィルタエレメント60は、ブローバイガスに含まれるオイルを捕集している。なお、このフィルタエレメント60の構造自体は、公知のオイルセパレータに用いられているフィルタエレメントと同様であるので、これ以上詳細な説明は省略する。
下部エンドプレート70は、フィルタエレメント60の下方側に配置されて、フィルタエレメント60を下方側から支持している。上部エンドプレート80は、フィルタエレメント60の上方側に配置されて、フィルタエレメント60を上方側から支持している。
図4(a)〜図4(c)は、下部エンドプレート70の詳細を説明するための模式図である。具体的には、図4(a)は下部エンドプレート70を上方側から視認した状態を模式的に示す上面図であり、図4(b)は図4(a)のA−A線断面を模式的に示す断面図であり、図4(c)は下部エンドプレート70を側面側から視認した状態を模式的に示す側面図である。下部エンドプレート70は、中央部に、中央孔部76を有している。この中央孔部76は、ガス導入管50が挿通するための貫通孔である。
また、下部エンドプレート70は、フィルタエレメント60の外周側壁部61(図2参照)に沿うようにして、下部エンドプレート70の上面71から所定距離、上方側に向かって延在する外周側延在部72を備えている。また、本実施形態に係る下部エンドプレート70は、フィルタエレメント60の内周側壁部62(図2参照)に沿うようにして、下部エンドプレート70の上面71から所定距離、上方側に向かって延在する内周側延在部73を備えている。なお、本実施形態に係る外周側延在部72及び内周側延在部73は、下部エンドプレート70の上面71に、リング状に形成されている。
再び図2を参照して、上部エンドプレート80は、フィルタエレメント60の外周側壁部61に沿うようにして、上部エンドプレート80の下面81から所定距離、下方側に向かって延在する外周側延在部82を備えている。また、本実施形態に係る上部エンドプレート80は、フィルタエレメント60の内周側壁部62に沿うようにして、上部エンドプレート80の下面81から所定距離、下方側に向かって延在する内周側延在部83を備えている。なお、本実施形態に係る外周側延在部82及び内周側延在部83は、上部エンドプレート80の下面81に、リング状に形成されている。
なお、下部エンドプレート70の内周側延在部73の上方側領域(これは上部エンドプレート80の内周側延在部83の下方側領域でもある)には、空間部が設けられており、この空間部は、ガス排出部52a,52b,52cから排出されたブローバイガスがフィルタエレメント60へ向けて流動するための内部ガス通路として機能している。また、下部エンドプレート70の外周側延在部72の上方側領域(これは上部エンドプレート80の外周側延在部82の下方側領域でもある)にも、空間部が設けられており、この空間部は、フィルタエレメント60を通過したブローバイガスがガス出口41へ向けて流動するための内部ガス通路の一部として機能している。
上記のように本実施形態においては、上部エンドプレート80の下面81と下部エンドプレート70の上面71とによってフィルタエレメント60が上下方向から挟持されるとともに、上部エンドプレート80の外周側延在部82と内周側延在部83とによってフィルタエレメント60の上部がフィルタエレメント60の径方向(図2では横方向)から挟持され、下部エンドプレート70の外周側延在部72と内周側延在部73とによってフィルタエレメント60の下部がフィルタエレメント60の径方向から挟持されている。これにより、エンジン10の振動や車両の振動等によってオイルセパレータ30内部におけるフィルタエレメント60の相対位置が変位すること(すなわち、位置ずれ)が効果的に抑制されている。
なお、下部エンドプレート70は内周側延在部73を備えていなくてもよい。この場合であっても、下部エンドプレート70が外周側延在部72を備えることによって、下部エンドプレート70が外周側延在部72及び内周側延在部73を備えていない場合に比較して、オイルセパレータ30内部におけるフィルタエレメント60の下部の相対位置が変位することを抑制することは可能である。同様に、上部エンドプレート80も内周側延在部83を備えていなくてもよい。この場合であっても、上部エンドプレート80が外周側延在部82を備えることによって、上部エンドプレート80が外周側延在部82及び内周側延在部83を備えていない場合に比較して、オイルセパレータ30内部におけるフィルタエレメント60の上部の相対位置が変位することを抑制することは可能である。
また、下部エンドプレート70の外周側延在部72の上方側への延在距離(所定距離)や、内周側延在部73の上方側への延在距離(所定距離)の具体的な値は、特に限定されるものではなく、フィルタエレメント60の下部の相対位置が径方向に変位することを適切に抑制できる値を適宜設定すればよい。同様に、上部エンドプレート80の外周側延在部82の下方側への延在距離(所定距離)や、内周側延在部83の下方側への延在距離(所定距離)の具体的な値も、特に限定されるものではなく、フィルタエレメント60の上部の相対位置が径方向に変位することを適切に抑制できる値を適宜設定すればよい。
再び図4(a)〜図4(c)を参照して、下部エンドプレート70の外周側延在部72には、オイル排出部75が設けられている。本実施形態に係るオイル排出部75は、外周側延在部72よりも内側の領域(以下、内側領域74aと称する)と外周側延在部72よりも外側の領域(以下、外側領域74bと称する)とを連通する孔によって構成されている。そして、このオイル排出部75は、フィルタエレメント60によって捕集されてフィルタエレメント60の下部に流入することで内側領域74aに流入したオイルを、外側領域74bへ排出する機能を有している。なお、オイル排出部75から排出されたオイルは、その後、ハウジング40のオイル出口42に流入して、オイル出口42からオイルセパレータ30の外部へ排出される。
また、図4(a)に示すように、本実施形態に係るオイル排出部75は、合計8個、設けられている。具体的には、各々のオイル排出部75は、隣接するオイル排出部75との間のなす角が均等になるようにして、合計8個設けられている。但し、オイル排出部75
の個数は8個に限定されるものではなく、8個より少なくてもよく、多くてもよい。
なお、オイル排出部75の構成は、図4に例示するような孔に限定されるものではない。他の例を挙げると、オイル排出部75は、内側領域74aと外側領域74bとを連通する溝によって構成されていてもよい。具体的には、この溝は、外周側延在部72の上端面に形成された溝によって構成されている。このように、オイル排出部75が溝によって構成されている場合であっても、孔によって構成されている場合と同様の作用効果を奏することができる。
図5は、ブローバイガスがオイルセパレータ30内を通過する状態を示す模式的断面図である。図5及び前述した図1を参照しつつ、オイルセパレータ30がブローバイガスからオイルを分離するメカニズムをまとめて説明すると、次のようになる。まず、第1通路90を通過したブローバイガスは、ガス導入管50の下方側端部からガス導入管50の内部に流入する。次いで、ブローバイガスは、ガス導入管50の内部を下方側から上方側に向かって流動しながらガス排出部52a,52b,52cから排出される。次いで、ブローバイガスは、フィルタエレメント60を通過する。ブローバイガスがフィルタエレメント60を通過する際に、ブローバイガスに含まれるオイルがフィルタエレメント60によって捕集される。これにより、ブローバイガスからオイルが分離される。
フィルタエレメント60を通過したブローバイガス(オイルが分離された後のブローバイガス)は、ハウジング40のガス出口41を通過して第2通路91に流入する。
一方、フィルタエレメント60によって捕集されたオイルは、重力作用を利用してフィルタエレメント60の下方側に移動していき、下部エンドプレート70の下部(具体的には、内側領域74a)に流入する。この下部エンドプレート70の下部に流入したオイルは、オイル排出部75から排出され、その後、ハウジング40のオイル出口42を通過して第3通路92に流入する。
以上説明したような本実施形態に係るオイルセパレータ30によれば、図2で説明したように、ガス排出部52a,52b,52cの開口面積が下方側の段から上方側の段に向かうに従って大きくなっているので、ガス排出部52a,52b,52cから排出されるブローバイガス流量(mm3/sec)を下方側の段から上方側の段に向かうに従って大きくすることができる。これにより、ガス排出部52a,52b,52cの開口面積が下方側の段から上方側の段にかけて均一な場合に比較して、フィルタエレメント60の下方側部分によって捕集されるオイルの量を減少させ、フィルタエレメント60の上方側部分によって捕集されるオイルの量を増大させることができる。この結果、フィルタエレメント60の上方側部分を有効に活用して、フィルタエレメント60の下方側部分にスラッジが多く堆積することを抑制することができる。これにより、フィルタエレメント60の下方側部分に目詰まりが生じることを抑制することができるので、フィルタエレメント60の寿命を延ばすことができる。
なお、ガス排出部52a,52b,52cの開口面積の大きさは、フィルタエレメント60をガス排出部52a,52b,52cに対応するように複数の段に区画した場合に、このフィルタエレメント60の各々の段に捕集されているオイル量が同じになるように、設定されていることが好ましい。この構成によれば、フィルタエレメント60の寿命を効果的に延ばすことができる。
また、本実施形態によれば、図4で説明したように、下部エンドプレート70の外周側延在部72にオイル排出部75が設けられているので、フィルタエレメント60によって捕集されてフィルタエレメント60の下部に流入することで内側領域74aに流入したオ
イルを、オイル排出部75を介して外側領域74bに排出することができる。これにより、フィルタエレメント60の下部(内側領域74a)にオイルが滞留することを効果的に抑制することができる。この結果、フィルタエレメント60の下方部分に目詰まりが生じることを効果的に抑制することができ、フィルタエレメント60の寿命を効果的に延ばすことができる。
なお、本実施形態では、ガス導入管50の内部を流動するガスの一例としてブローバイガスを用いているが、ガスの種類はこれに限定されるものではなく、オイルを含有しているガスであればよい。
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。