WO2016035203A1 - ミスト状オイルの分離方法、及び、オイルセパレータ - Google Patents

ミスト状オイルの分離方法、及び、オイルセパレータ Download PDF

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耕作 石田
毅 八百
佳孝 渡辺
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東京濾器株式会社
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    • B04B7/14—Inserts, e.g. armouring plates for separating walls of conical shape

Definitions

  • the present invention relates to a separation method for separating mist oil contained in a gas to be treated from gas, and an oil separator.
  • the lower case 12 is a portion that divides the lower portion of the housing 11, and is configured by a bottomed box-like member having an open upper surface.
  • a circular fitting portion 14 is provided at the upper end portion of the lower case 12 and is fitted to the lower end portion 15 of the upper case 13.
  • a communication tube portion 16 is provided on the back surface of the lower case 12 so as to face rearward.
  • the communication cylinder portion 16 is a cylindrical member that serves as an outlet for oil used in the oil separator 2. For this reason, the internal space of the communication cylinder part 16 is connected to the internal space of the engine 4.
  • a flange 17 coupled to the side surface of the engine 4 is provided at the distal end portion of the communication tube portion 16.
  • a suction pipe 18 projects from the upper left side of the lower case 12 toward the left side.
  • the joint portion 20 of the oil guide pipe 19 faces the bottom surface of the lower case 12.
  • the joint portion 20 is connected to one end of an oil supply pipe 21 shown in FIG.
  • the oil supply pipe 21 is for supplying oil sent from the engine 4 to the oil guide pipe 19.
  • the oil supplied to the oil guide pipe 19 is ejected from nozzles of the rotor unit, and is used as power for rotating the rotor unit.
  • the oil jetted from the nozzle is also referred to as power oil.
  • This power oil is part of the lubricating oil used in the engine 4 and therefore has a temperature of about 80 to 110 ° C.
  • a mounting opening 34a is provided in the center side portion of the separation disk 34 corresponding to the upper bottom portion of the truncated cone.
  • the mounting opening 34 a of the present embodiment is an empty space having an octagonal shape in plan view, and the disk holding portion 35 a included in the upper holder 35 is inserted therein.
  • a hollow portion (first space SP1) is formed in the rotor 31 by the mounting opening 34a.
  • 16 ribs 34b for securing a gap (second space SP2) between the stacked separation disks 34 are formed on the surface of the outer peripheral portion at equal angular intervals in the radial direction. The rib 34b ensures a gap between the separation disks 34, and the gap and the hollow portion of the rotor 31 communicate with each other.
  • the lower end of the second oil supply path 40 is sealed by a cylindrical lower seal member 41.
  • the upper end of the second oil supply path 40 is sealed by a cylindrical upper seal member 42.
  • about 50 to 200 mL / min of oil flows from the gap between the upper end of the spindle 32 and the upper seal member 42 to the rotor 31. It is introduced into the inner circumferential space (first space SP1).
  • the oil introduced from the upper end of the second oil supply passage 40 into the inner circumferential space of the rotor 31 is also referred to as cleaning oil.
  • the diaphragm 46 moves in the vertical direction according to the intake side pressure of the engine 4 and the internal pressure of the crankcase, and adjusts the flow of blow-by gas. That is, the diaphragm 46 moves to the blow-by gas discharge side (upward) when the intake pressure (negative pressure) of the engine 4 is excessively large, and to the opposite side (downward) when the crankcase side pressure is high. Moving. Thereby, the flow volume of blow-by gas is adjusted appropriately. Further, the pressure of the engine 4 (crankcase) is also adjusted appropriately.
  • the rotor 31 is rotated by using the oil (a part of the lubricating oil) supplied from the engine 4 as power. That is, the oil supplied through the oil supply pipe 21 flows into the first oil supply path 39 of the spindle shaft 33 after passing through the oil guide pipe 19. Thereafter, a part of the oil passes through the second oil supply path 40 and is then injected from the nozzle 38 as power oil as indicated by the arrow F1 in FIG. Further, another part of the oil supplied from the engine 4 passes through the second oil supply path 40 as cleaning oil, and then, as indicated by an arrow F2, the upper end of the second oil supply path 40 ( The oil is introduced into the inner circumferential space of the rotor 31 from the oil introduction portion.
  • the oil supplied through the oil supply pipe 21 flows into the first oil supply path 39 of the spindle shaft 33 after passing through the oil guide pipe 19. Thereafter, a part of the oil passes through the second oil supply path 40 and is then injected from the nozzle 38 as power oil as indicated by the arrow F1 in FIG. Further, another
  • the blow-by gas after the treatment from which the oil mist has been removed is discharged from the outer peripheral edge of the separation disk 34 to the outside, the blow-by gas rises in the housing 11 by the intake air from the engine 4 as indicated by the arrow F14.
  • the blowby gas after the treatment is discharged from the oil separator 2 through the PCV valve 26, the gas discharge part 24, and the outlet pipe 25 together with the water volatilized from the oil film OF. Thereafter, the blowby gas after treatment is reduced to the intake side flow path 6 through the breather pipe 3.
  • the lower case 12, the communicating cylinder portion 16, the suction pipe 18, and the oil guide pipe 19 are manufactured by casting, but may be manufactured by molding a resin.

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Abstract

　本発明の目的は、処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離するに際し、分離効率を高めることにある。　この目的を達成するため、本発明では、処理対象ガス（ブローバイガス）からミスト状オイルを分離するローター３１を用いる。このローター３１は、錐台形状の板状部材とされた複数枚の分離ディスク３４が積層された分離ディスク群を備える。分離ディスク群は、ローター３１の回転中心側に形成された第１空間（取付開口３４ａによって形成される中空部分）と、重なり合う分離ディスク３４同士の間に形成され、第１空間に連通された第２空間（分離ディスク３４同士の隙間）を備える。第１空間には、オイルを導入するオイル導入部（スピンドル３２の上端と上側シール部材４２の隙間）が配置される。そして、ローター３１を回転させた状態で、オイル導入部からオイルを導入させると共に第１空間に処理対象ガスを導入し、処理対象ガスをオイル導入部から導入されたオイルと共に第１空間から前記第２空間へ流入させ、分離ディスク群の外周縁から外方へ向けて排出させる。

Description

ミスト状オイルの分離方法、及び、オイルセパレータ
　本発明は、処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離する分離方法、及び、オイルセパレータに関する。
　処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離するオイルセパレータが知られている。例えば、特許文献１に記載のオイルセパレータは、ガスの流入口と排出口との間に設けられたローターにより、ミスト状オイルを遠心力によってガスから分離している。このローターは複数枚の分離ディスクを積層したものである。この分離ディスクは、上側が大径となるように外周側部分を斜め上方へ屈曲させた、円錐台形状の板状部材によって構成されている。分離ディスクの内周側部分には、板厚方向を貫通する開口が形成されている。このため、ローターの内周側部分には空間が形成されている。
　このオイルセパレータでは、処理対象ガスであるクランクケースガス（ブローバイバス）をローターの内周側の空間に導入している。そして、この空間に導入したクランクケースガスを、高速で回転している分離ディスク同士の隙間を通じてローターの外周側へと流し、この隙間内でミスト状オイルを凝集させ、クランクケースガスから分離している。
特表２００３－５１３７９２号公報
　前述のオイルセパレータでは、分離ディスクの高速回転に伴って分離ディスクの表面に形成される境界層に、クランクケースガスに含まれるオイルミストが取り込まれる。そして、境界層に取り込まれたオイルミストは、同様にして取り込まれた他のオイルミストと、分離ディスクの表面で合体して凝集される。クランクケースガスに含まれるオイルミストは極めて少ない量であることから、ミスト状オイルの分離効率を高めるためには、分離ディスクの直径を大きくして多くのオイルミストを取り込む必要がある。分離ディスクの大径化に伴い、オイルセパレータが大型化してしまうという問題が生じる。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離するに際し、分離効率を高めることにある。
　前述の目的を達成するため、本発明は、スピンドルと共に回転可能なローターを備えるオイルセパレータを用い、前記ローターの回転によって処理対象ガスからミスト状オイルを分離するミスト状オイルの分離方法であって、前記ローターは、錐台形状の板状部材とされた分離ディスクが前記スピンドルの軸線方向に複数枚積層された分離ディスク群を備え、前記分離ディスク群は、前記ローターの回転中心側に形成された第１空間と、重なり合う前記分離ディスク同士の間に形成され、前記第１空間に連通された第２空間を備え、前記第１空間には、オイルを導入するオイル導入部が配置されており、前記ローターを回転させた状態で、前記オイル導入部から前記オイルを導入すると共に前記第１空間に前記処理対象ガスを導入し、前記処理対象ガスを前記オイル導入部から導入された前記オイルと共に前記第１空間から前記第２空間へ流入させ、前記分離ディスク群の外周縁から外方へ向けて排出させることを特徴とする。
　本発明に係るミスト状オイルの分離方法によれば、第１空間に導入された処理対象ガスと第１空間内に導入されたオイルとが共に、分離ディスク同士の間に形成された第２空間に流入される。ここで、ローターが高速回転されていることから、オイルは、分離ディスクの表面で膜状に拡がると考えられる。そして、処理対象ガスに含まれるオイルミストは、オイル膜の表面に形成される境界層に取り込まれる。ここで、オイル膜は、オイルミストと同じオイルであることから、分離ディスクよりも親和性が高い。このため、オイル膜の表面に形成される境界層は、分離ディスクの表面に形成される境界層よりも、効率よくオイルミストを取り込むことができる。
　前述のミスト状オイルの分離方法において、前記オイルセパレータは、前記スピンドルにおける前記分離ディスクよりも下側の周面から突設され、オイルの噴射によって前記スピンドルを回転させるノズルと、前記スピンドルを回転可能に支持すると共に、前記オイルを供給するためのオイル供給路が内部に形成されたスピンドルシャフトを備え、前記オイル導入部は、前記スピンドルと前記スピンドルシャフトの隙間によって構成され、前記オイル供給路に供給された前記オイルの一部を前記ノズルから噴射させ、かつ、前記オイルの他の一部を前記オイル導入部から前記第１空間へ導入させることが好ましい。この分離方法では、オイル供給路に供給されたオイルを、スピンドルを回転させるための動力として使用すると共にオイル膜の形成にも使用できる。
　前述のミスト状オイルの分離方法において、前記処理対象ガスは、エンジンから供給されるブローバイガスであり、前記オイル供給路に供給されるオイルは、前記エンジンの潤滑油であることが好ましい。この分離方法では、ミスト状オイルがエンジンの潤滑油を由来としており、オイル膜がエンジンの潤滑油であるため、親和性がより高くなってオイルミストを一層効率よく取り込むことができる。
　前述のミスト状オイルの分離方法において、前記オイルセパレータは、前記ノズルから噴射されたオイルが流下されると共に、前記処理対象ガスが導入される第３空間と、前記第３空間と前記第１空間の境界に配置された区画部材を備え、前記第３空間にて、前記処理対象ガスを前記ノズルから噴射された前記オイルに接触させ、前記処理対象ガスから前記ミスト状オイルを一次分離し、前記ミスト状オイルが一次分離された前記処理対象ガスを、前記区画部材によって前記第１空間に導入し、前記処理対象ガスを前記オイル導入部から導入された前記オイルと共に前記第１空間から前記第２空間へ流入させ、前記第２空間にて、前記処理対象ガスを前記オイル導入部から導入された前記オイルに接触させ、前記処理対象ガスから前記ミスト状オイルを二次分離することが好ましい。この分離方法では、処理対象ガスに含まれるミスト状オイルを、ノズルから噴射されたオイルによって一次分離し、オイル導入部から導入されたオイルによって二次分離しているので、ミスト状オイルをより高いレベルで分離することができる。
　また、本発明は、スピンドルと共に回転可能なローターを備え、前記ローターの回転によって処理対象ガスからミスト状オイルを分離するオイルセパレータであって、前記ローターは、錐台形状の板状部材とされた分離ディスクが前記スピンドルの軸線方向に複数枚積層された分離ディスク群を備え、前記分離ディスク群は、前記ローターの回転中心側に形成され、前記処理対象ガスが流入される第１空間と、重なり合う前記分離ディスク同士の間に形成され、前記第１空間に連通された第２空間を備え、前記第１空間には、オイルを導入するオイル導入部が配置されていることを特徴とする。
　本発明によれば、処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離するに際し、分離効率を高めることができる。
閉鎖型クランクケース換気システムを示す概略図である。 オイルセパレータの正面図である。 オイルセパレータの平面図である。 オイルセパレータの全体を右側から見た縦断面図である。 オイルセパレータの下側部分を右側から見た縦断面図である。 オイルセパレータのローター部分を正面側から見た縦断面図である。 オイルセパレータの中間部分を、図４のＶＩＩ－ＶＩＩの位置で切断した横断面図である。 ＰＣＶバルブの近傍を拡大して示す縦断面図である。 ローターの内周側に形成された内周側空間、及び、分離ディスク同士の間に形成された分離空間を説明する部分拡大断面図である。 分離ディスク表面に形成されるオイル膜とブローバイガスの流れを説明する図である。 オイルミストの取り込みを模式的に説明する図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、閉鎖型クランクケース換気システム１（以下、換気システム１という。）を例に挙げて説明する。
　図１に示すように、換気システム１は、オイルセパレータ２とブリーザーパイプ３とを有する。オイルセパレータ２は、エンジン４から排出されたブローバイガス（クランクケースガス，ミスト状オイルを含有する処理対象ガスに相当する。）を処理し、ミスト状オイルを分離する。本実施形態において、オイルセパレータ２はエンジン４の側面に取り付けられている。ブリーザーパイプ３は、オイルセパレータ２から排出された処理後のブローバイガスを、エンジン４の吸気側流路に還元するための流路を区画する。
　この換気システム１において、ブローバイガスは、ガス導出管５を通じてエンジン４から導出され、オイルセパレータ２へと導入される。そして、ブローバイガスに含まれるミスト状オイルは、オイルセパレータ２の内部でエンジン４から供給されたオイルに取り込まれ、このオイルと共にエンジン４へと戻される。一方、ミスト状オイルが除去された処理後のブローバイガスは、オイルセパレータ２から排出された後、ブリーザーパイプ３を通じて吸気側流路６に還元される。具体的には、吸気側流路６におけるエアフィルタ７とターボチャージャー８とを接続する部分に還元される。還元されたブローバイガスは、エアフィルタ７からの新鮮な空気と混合され、ターボチャージャー８で圧縮される。その後、ブローバイガスは、チャージクーラー９で冷却されて、エンジン４に供給される。
　次に、オイルセパレータ２について説明する。図２及び図３に示すように、このオイルセパレータ２では、下側ケース１２と上側ケース１３を備えるハウジング１１を有している。そして、ハウジング１１の内部空間に、ローターユニット、区画部材、ＰＣＶバルブ（何れも後述する）等が配置されている。
　図２に示すように、下側ケース１２は、ハウジング１１における下側部分を区画する部分であり、上面が開放された有底の箱状部材によって構成されている。そして、下側ケース１２の上端部には円形の嵌合部１４が設けられており、上側ケース１３の下端部１５と嵌め合わされる。これにより、下側ケース１２と上側ケース１３が気密状態で接続される。図４に示すように、下側ケース１２の背面には連通筒部１６が後方に向けて設けられている。この連通筒部１６は、オイルセパレータ２で使用されたオイルの出口となる筒状部材である。このため、連通筒部１６の内部空間は、エンジン４の内部空間に連通されている。図２及び図３に示すように、連通筒部１６の先端部には、エンジン４の側面に結合されるフランジ１７が設けられている。下側ケース１２の左側上部には、左側方に向けて吸入パイプ１８が突設されている。
　この吸入パイプ１８にはガス導出管５が接続されている。エンジン４からのブローバイガスは、エンジン４の吸気圧力やクランクケース側の圧力により、ガス導出管５から吸入パイプ１８を通ってオイルセパレータ２の内部に導入される。このとき、ＰＣＶバルブにより、エンジン４の吸気圧力やクランクケース側の圧力が適切に調整される。そして、吸入パイプ１８はガス導入部として機能する。
　図２及び図４に示すように、下側ケース１２の底面には、オイル案内パイプ１９のジョイント部２０が臨んでいる。このジョイント部２０は、図１に示すオイル供給パイプ２１の一端に接続されている。オイル供給パイプ２１は、エンジン４から送出されたオイルをオイル案内パイプ１９へ供給するためのものである。オイル案内パイプ１９へ供給されたオイルは、後述するように、ローターユニットが有するノズルから噴射され、ローターユニットを回転させるための動力として用いられる。便宜上、以下の説明において、ノズルから噴射されたオイルのことを動力用オイルともいう。この動力用オイルは、エンジン４で用いられている潤滑オイルの一部であることから、８０～１１０℃位の温度になっている。
　図２に示すように、上側ケース１３は、下側ケース１２に上方から取り付けられる部材である。この上側ケース１３は、天井部分を有する円筒状の本体カバー２２と円盤状の上面カバー２３とを有している。本体カバー２２は下側ケース１２に対して気密状態で取り付けられている。上面カバー２３は、本体カバー２２の上端部に気密状態で取り付けられている。また、図３にも示すように、上面カバー２３の中心部には、円筒状のガス排出部２４が上方に向けて突設されている。ガス排出部２４は、処理後のブローバイガスを排出する部分である。このガス排出部２４には、Ｌ字状に屈曲された出口パイプ２５を介して、前述したブリーザーパイプ３が接続される。
　次に、図４を参照し、オイルセパレータ２の内部構造について説明する。なお、図４において、左側はオイルセパレータ２の前側に相当し、同じく右側はオイルセパレータ２の後側に相当する。図４に示すように、ハウジング１１の内部には、ＰＣＶバルブ２６、ローターユニット２７、及び区画部材２８が配設されている。そして、ＰＣＶバルブ２６は、ハウジング１１における上部に配設されている。具体的には、ＰＣＶバルブ２６は、本体カバー２２と上面カバー２３の間に、上面カバー２３に覆われた状態で取り付けられている。ローターユニット２７は、ハウジング１１における上下方向の中間部分に配設されている。具体的には、ローターユニット２７は、本体カバー２２によって区画される内部空間に、回転可能な状態で配設されている。区画部材２８は、ローターユニット２７を構成するローター３１の直下に配設されている。この区画部材２８は、鍔部４４が上側ケース１３の下端部１５と下側ケース１２の嵌合部１４に挟持された状態で位置決めされている。
　次に、図５を参照し、下側ケース１２の内部構造について説明する。なお、図５においても、左側はオイルセパレータ２の前側に相当し、右側はオイルセパレータ２の後側に相当する。図５に示すように、下側ケース１２の後部には連通筒部１６が一体に設けられており、下側ケース１２の内部空間と連通筒部１６の内部空間とが連通されている。下側ケース１２の底面は、連通筒部１６に向かって下り傾斜されている。そして、下側ケース１２の底面から上方に向かって円筒状のオイル案内パイプ１９が設けられている。オイル案内パイプ１９の下端にはジョイント部２０が設けられており、オイル案内パイプ１９の上端は固定フレーム２９によって固定されている。固定フレーム２９は、嵌合部１４の内周側に取り付けられた枠体であり、嵌合部１４の内周面に沿った形状の枠部と、枠部の内側に十字状に設けられた十字部とを有している。そして、オイル案内パイプ１９の上端は、十字部における交差部分に空けられた貫通孔２９ａに挿入されている。
　なお、図５には描かれていないが、吸入パイプ１８は、嵌合部１４の直下の高さで下側ケース１２の左側面に設けられている。そして、下側ケース１２の内部空間と吸入パイプ１８の内部空間とが連通されている。このため、ブローバイガスは、エンジン４から下側ケース１２の内部空間へ吸入される。また、ノズル３８から噴射された動力用オイルは、区画部材２８が有するテーパー部４５の内壁面に吹き付けられる。この動力用オイルは、テーパー部４５の内壁面や下側ケース１２の内壁面に沿って流下する。その際、動力用オイルは、下側ケース１２の内部空間に吸入されたブローバイガスと接触する。動力用オイルとの接触により、ブローバイガスに含まれているオイルミストの一部は、ブローバイガスから動力用オイルへと取り込まれる。その結果、ブローバイガスに含まれるオイルミストが減少する。
　従って、下側ケース１２の内部空間は、ノズル３８から噴射された動力用オイルが流下されると共にエンジン４からのブローバイガスが導入され、ブローバイガスと動力用オイルとを接触させることで、オイルミストをブローバイガスから一次分離する一次分離室（第３空間ＳＰ３）に相当する。
　また、ノズル３８から噴射された動力用オイルは、その温度が８０～１１０℃と高くなるため、オイルセパレータ２を下側ケース１２の側から加温する。これにより、寒冷地での使用であっても、凍結等によるオイルセパレータ２の動作不具合の発生を抑えることができる。
　次に、図６及び図７を参照し、ローターユニット２７について説明する。このローターユニット２７は、ブローバイガスに含まれるミスト状オイルを分離するための機構であり、ローター３１、スピンドル３２、及びスピンドルシャフト３３を有している。
　図６に示すように、ローター３１は、ブローバイガスからオイルミストを分離する部分であり、複数枚の分離ディスク３４、上部ホルダ３５、及び下部ホルダ３６を有している。分離ディスク３４は、外周側部分が外周へ向かうに連れて下り傾斜された、平面視円形状若しくは多角形状の板材である。言い換えれば、分離ディスク３４は、円錐台形状若しくは角錐台形状に加工された板材である。
　本実施形態の分離ディスク３４は、直径が８０～１２０ｍｍ、厚みが０．３～０．４ｍｍであって平面視円形状であり、樹脂の成型によって作製されている。これらの分離ディスク３４は、スピンドル３２の軸線方向に積層されて分離ディスク群を構成している。なお、説明の都合上、分離ディスク３４同士の間隔を空けて描いているが実際の間隔は極めて狭く、例えば１ｍｍ以下に定められている。
　円錐台の上底部分に相当する分離ディスク３４の中心側部分には、取付開口３４ａが設けられている。図７に示すように、本実施形態の取付開口３４ａは、平面視八角形状の空部であり、上部ホルダ３５が備えるディスク保持部３５ａが挿入される。複数枚の分離ディスク３４にディスク保持部３５ａが挿入されると、取付開口３４ａにより、ローター３１に中空部分（第１空間ＳＰ１）が形成される。また、外周側部分の表面には、積層された分離ディスク３４同士の隙間（第２空間ＳＰ２）を確保するためのリブ３４ｂが、放射方向に１６本、等角度間隔で形成されている。このリブ３４ｂにより、分離ディスク３４同士の隙間が確実に確保され、この隙間とローター３１の中空部分とが互いに連通される。
　図６に示すように、上部ホルダ３５は、積層された複数枚の分離ディスク３４を上側から保持する部材であり、下部ホルダ３６は、同じく下側から保持する部材である。そして、上部ホルダ３５における回転中心部には、下方に向けてディスク保持部３５ａが設けられている。このディスク保持部３５ａは、ローター３１の回転中心から放射方向に形成された８枚の板状部材３５ｂによって構成されている。そして、各板状部材３５ｂの側縁が、分離ディスク３４に設けられた取付開口３４ａの各頂点に接している。下部ホルダ３６の外周縁には、上部ホルダ３５と連結するための連結アーム３７が複数本設けられている。本実施形態では、４本の連結アーム３７が周方向に９０度間隔で設けられている。連結アーム３７の上端を上部ホルダ３５に接合することで、複数枚の分離ディスク３４、上部ホルダ３５、及び下部ホルダ３６が一体化される。
　このローター３１は、円筒状の外観をしており、回転中心となる内周側が中空部分とされて上下方向に貫通している。この中空部分にはスピンドル３２が挿入されており、スピンドル３２とローター３１とは互いに結合されている。本実施形態では、ディスク保持部３５ａを構成する８枚の板状部材３５ｂがスピンドル３２の周面に接合されることで、スピンドル３２とローター３１が結合されている。そして、ディスク保持部３５ａは、各分離ディスク３４の取付開口３４ａに挿入されている。これによりローター３１は、スピンドル３２と共にスピンドル３２の軸線を中心に回転する。
　スピンドル３２におけるローター３１よりも下側の周面からはノズル３８が突設されている。このノズル３８は、スピンドルシャフト３３を通じて供給されたオイルを噴射する部分であり、スピンドル３２やローター３１を回転させるための駆動力を発生させる。本実施形態において、ノズル３８は、基端がスピンドル３２に接合され、先端が塞がれた円筒状のノズル本体３８ａと、ノズル本体３８ａの先端部に設けられた噴射口３８ｂとを有している。ノズル本体３８ａは、スピンドル３２の軸線方向に対して下向き斜め４５度の角度で取り付けられている。そして、３本のノズル本体３８ａが周方向に１２０度間隔で設けられている。また、噴射口３８ｂは、ノズル本体３８ａにおける先端部の側面に設けられている。詳しくは、噴射口３８ｂは、ノズル本体３８ａの軸線方向と直交する向きであって、オイルが水平方向に噴射される向きに設けられている。
　スピンドルシャフト３３は、スピンドル３２の軸受けとなる円柱状部材であり、スピンドル３２を回転可能な状態で支持する。スピンドルシャフト３３の内側には、オイルを供給するための第１オイル供給路３９が形成されている。また、スピンドルシャフト３３の下端は、オイル案内パイプ１９の上端と接合されている。前述したように、オイル案内パイプ１９のジョイント部２０には、オイル供給パイプ２１が接続されている。このため、オイル供給パイプ２１を通じて供給されたオイルは、オイル案内パイプ１９を通った後に第１オイル供給路３９へ流入する。
　スピンドル３２とスピンドルシャフト３３の間には、上下を塞がれた状態で隙間が形成されている。この隙間が第２オイル供給路４０となっている。第２オイル供給路４０は、第１オイル供給路３９やノズル３８と連通されており、第１オイル供給路３９から供給されたオイルで満たされる。そして、第２オイル供給路４０に供給されたオイルの一部は、ノズル本体３８ａに流入した後、動力用オイルとして噴射口３８ｂから噴射される。
　ここで、第２オイル供給路４０の下端は、筒状の下側シール部材４１によってシールされている。同様に、第２オイル供給路４０の上端は、筒状の上側シール部材４２によってシールされている。そして、オイル圧力の上昇に伴い、これらの下側シール部材４１及び上側シール部材４２とスピンドル３２との隙間からは、少量のオイルが漏出される。本実施形態では、約２０００Ｇの遠心力が発生する速度でローター３１を回転させた場合に、５０～２００ｍＬ／ｍｉｎ程度のオイルが、スピンドル３２の上端と上側シール部材４２の隙間から、ローター３１における内周側の空間（第１空間ＳＰ１）に導入される。便宜上、以下の説明では、第２オイル供給路４０の上端からローター３１における内周側の空間に導入されたオイルを、洗浄用オイルともいう。
　ローター３１における内周側の空間に導入された洗浄用オイルは、この空間やスピンドル３２の外表面を流下し、ディスク保持部３５ａの各板状部材３５ｂの表面に沿って外周側に拡がる。外周側に拡がった洗浄用オイルは、取付開口３４ａの縁から分離ディスク３４同士が形成する隙間（第２空間ＳＰ２）へ流入される。そして、この隙間に流入した洗浄用オイルは、分離ディスク３４の表面に沿って外周側に拡がり、分離ディスク３４の外周縁から外側に放出される。
　このように、第２オイル供給路４０の上端、詳しくは、スピンドル３２の上端と上側シール部材４２の隙間は、第２オイル供給路４０に供給されたオイルの一部を洗浄用オイルとして導入するオイル導入部に相当する。そして、この洗浄用オイルも、その温度が８０～１１０℃と高いので、ローター３１及びその近傍を内部から加温する。これにより、寒冷地での使用であっても、凍結等によるオイルセパレータ２の動作不具合の発生を抑えることができる。
　次に、区画部材２８について説明する。区画部材２８は、ローター３１とノズル３８の間に配置され、ハウジング１１の内部空間を下側ケース１２の内部空間（一次分離室，第３空間ＳＰ３）と上側ケース１３の内部空間とに区画し、かつ、下側ケース１２のブローバイガスをローター３１の中空部分（第１空間ＳＰ１）へ案内する流路を形成する部材である。
　この区画部材２８は、外周部４３と鍔部４４とテーパー部４５とを有している。外周部４３は、円筒状をした部分であり、ローター３１を囲むように形成されている。この外周部４３には、斜め上下方向に細長いスリット４３ａが形成されている。外周部４３の内壁面には、分離ディスク３４の外周縁から外側に放出された洗浄用オイルが衝突される。衝突された洗浄用オイルは、内壁面に沿って拡がり旋回しながら流下する。その際、オイルの一部がスリット４３ａを通じて外周側の空間に排出される。これにより、外周部４３とローター３１との隙間にオイルが溜まり難くなり、オイルがブローバイガスの流れに乗って持ち去られてしまう不具合を抑制できる。その結果、ブローバイガスからのオイルミストの分離性能を高めることができる。
　また、外周部４３における高さ方向の途中には、鍔部４４が側方に張り出している。前述したように、この鍔部４４は、区画部材２８を位置決めする部分であり、上側ケース１３の下端部１５と下側ケース１２の嵌合部１４に挟持されている。テーパー部４５は、外周部４３の内周側に設けられており、外周部４３の下端から上方に向けて次第に縮径されたテーパー形状をしている。そして、テーパー部４５の上端開口４５ａは、ローター３１の下端における面方向中心部に対して、下側から近接して配置されている。
　また、テーパー部４５の内周側であって上端開口４５ａの下方には、スピンドル３２の下端部、スピンドルシャフト３３の下端部、ノズル３８、及び、固定フレーム２９が配置されている。前述したように、ノズル３８から噴射された動力用オイルは、テーパー部４５の内壁面に衝突し、この内壁面を流下した後に、下側ケース１２の内部空間を流下する。この流下の過程で動力用オイルは、ブローバイガスと接触し、ブローバイガスに含まれるオイルミストが一次分離される。オイルミストが一次分離されたブローバイガスは、テーパー部４５の内周側を上昇してローター３１の中空部分（第１空間ＳＰ１）へ誘導される。
　次に、ＰＣＶバルブ２６について説明する。図８に示すように、ＰＣＶバルブ２６は、ダイヤフラム４６と、上側スプリング４７と、下側スプリング４８を備えている。
　ダイヤフラム４６は、円盤状の弁体であり、ゴムと樹脂を成形することで作製されている。上側スプリング４７及び下側スプリング４８は、ダイヤフラム４６を上下方向に移動可能な状態で支持するための弾性部材である。すなわち、上側スプリング４７はダイヤフラム４６の上方に配置され、下側スプリング４８はダイヤフラム４６の下方に配置されている。そして、これらの上側スプリング４７と下側スプリング４８によってダイヤフラム４６を挟み、移動可能な状態で支持している。
　ダイヤフラム４６は、エンジン４の吸気側圧力やクランクケースの内圧に応じて上下方向に移動し、ブローバイガスの流れを調整する。すなわち、ダイヤフラム４６は、エンジン４の吸気圧力（負圧）が過度に大きい場合にはブローバイガスの排出側（上方）に移動し、クランクケース側の圧力が高い場合には反対側（下方）に移動する。これにより、ブローバイガスの流量が適切に調整される。また、エンジン４（クランクケース）の圧力も適切に調整される。
　次に、本実施形態のオイルセパレータ２によるミスト状オイルの分離について説明する。このオイルセパレータ２では、特にローター３１におけるミスト状オイルの分離に特徴を有する。このため、ローター３１におけるミスト状オイルの分離を中心に説明を行う。
　このオイルセパレータ２では、エンジン４から供給されたオイル（潤滑オイルの一部）を動力にしてローター３１を回転させる。すなわち、オイル供給パイプ２１を通じて供給されたオイルは、オイル案内パイプ１９を通った後にスピンドルシャフト３３の第１オイル供給路３９へ流入する。その後、オイルの一部は、第２オイル供給路４０を通った後、図９に符号Ｆ１の矢印で示すように、動力用オイルとしてノズル３８から噴射される。また、エンジン４から供給されたオイルの他の一部は、洗浄用オイルとして、第２オイル供給路４０を通った後、符号Ｆ２の矢印で示すように、第２オイル供給路４０の上端（オイル導入部）からローター３１における内周側の空間に導入される。
　このように、このオイルセパレータ２では、エンジン４から供給されたオイルをノズル３８から噴射させたり、第２オイル供給路４０の上端からローター３１の中空部分に導入させたりしている。前述したように、エンジン４の運転によってオイルの温度が８０～１１０℃まで上昇するので、オイルセパレータ２の温度も上昇し、ローター３１における水分の凍結も防止できる。
　エンジン４からのブローバイガスは、エンジン４の吸気に伴って下側ケース１２の内部空間へ導入される。一方、ノズル３８から噴射された動力用オイルは、前述したように、区画部材２８の内壁面に吹き付けられた後、符号Ｆ３の矢印で示すように、区画部材２８の内壁面及び下側ケース１２の内壁面に沿って流下する。これにより、ブローバイガスが動力用オイルに接触し、ブローバイガスに含まれているオイルミストの一部が動力用オイルへと取り込まれる。すなわち、オイルミストの一次分離が行われる。
　オイルミストが一次分離されたブローバイガスは、符号Ｆ１１の矢印で示すように、エンジン４の吸気に伴ってテーパー部４５の内側空間を上昇し、ローター３１の下端における面方向中心部に案内される。そして、ブローバイガスは、ローター３１の中空部分（第１空間ＳＰ１）に流入される。この中空部分では、ローター３１が高速で回転していることから、符号Ｆ４の矢印で示すように、導入された洗浄用オイルがディスク保持部３５ａを構成する板状部材３５ｂの表面に沿って拡がり、取付開口３４ａの縁部から分離ディスク３４同士の隙間（第２空間ＳＰ２）に流入される。ブローバイガスもまた、符号Ｆ１２の矢印で示すように、取付開口３４ａの縁部から分離ディスク３４同士の隙間（第２空間ＳＰ２）に流入される。
　図１０に示すように、分離ディスク３４同士の隙間に流入された洗浄用オイルは、ローター３１が高速回転されていることから、分離ディスク３４の表面全体に均等に拡がる。そして、符号Ｆ１３の矢印で示すように、ブローバイガスは、分離ディスク３４の表面に形成されたオイル膜ＯＦに接触しながら流れる。これにより、図１１に拡大して示すように、オイル膜ＯＦの表面に境界層ＢＬが形成される。そして、ブローバイガスは、符号Ｆ１３の矢印で示すように、境界層ＢＬの表面側を分離ディスク３４の外周縁に向かって流れるが、その際、符号Ｆ５の矢印で示すように、ブローバイガスに含まれるオイルミストが境界層ＢＬに取り込まれる。境界層ＢＬに取り込まれたオイルミストは、符号ＣＦで示す遠心力によって移動し、オイル膜ＯＦに合体する。
　ここで、オイルミストは、オイル膜ＯＦ（洗浄用オイル）と同じく潤滑オイルを由来としている。このため、オイルミストは、分離ディスク３４よりもオイル膜ＯＦに対して高い親和性（ぬれ性）を有する。これにより、オイル膜ＯＦの表面に形成される境界層ＢＬは、分離ディスク３４の表面に形成される境界層ＢＬよりも、効率よくオイルミストを取り込むことができる。その結果、分離ディスク３４を小径に構成しても高い分離効率を得ることができ、ひいてはオイルセパレータ２を小型化することができる。
　また、このオイルセパレータ２では、オイルミストの分離と共に、潤滑オイルに含まれる水を揮発させることもできる。すなわち、分離ディスク３４の表面に形成されたオイル膜ＯＦに関し、洗浄用オイルの温度が８０～１１０℃と高温であることから、オイル膜ＯＦの温度も水分を揮発させるために十分な温度域になる。また、多数枚積層された分離ディスク３４によってオイル膜ＯＦも密に形成されていることから、オイル膜ＯＦの温度を保持できる。さらに、オイル膜ＯＦが分離ディスク３４の表面全体に形成されていることから、水分を効率よく揮発させるために十分な面積が確保されている。これらの理由から、潤滑オイルに含まれる水を効率よく揮発させることができる。これにより、潤滑オイルにエマルジョンが生じる不具合を抑制できる。
　図１０に符号Ｆ６の矢印で示すように、オイルミストを取り込んだ洗浄用オイルは、分離ディスク３４の外周縁から外側に放出される。放出された洗浄用オイルは、区画部材２８の外周部４３に衝突し、この外周部４３の内壁面に沿って旋回しながら流下する。これにより、外周部４３の内壁面にもオイル膜が形成される。そして、放出された洗浄用オイルがオイル膜に取り込まれることでも、ブローバイガスに含まれるオイルミストが捕捉され、かつ、捕捉したオイルミストの再飛散が防止される。
　そして、外周部４３の下端まで達すると、洗浄用オイルは、区画部材２８の底部に形成されたドレン孔（図示せず）を通じ、下側ケース１２の内部空間（第３空間ＳＰ３）に排出される。前述したように、下側ケース１２の内部空間には動力用オイルが流れているので、洗浄用オイルは動力用オイルと混ざる。そして、動力用オイルと洗浄用オイルは、取り込んだオイルミストと一体になって連通筒部１６を通ってエンジン４に戻される。
　一方、オイルミストが除去された処理後のブローバイガスは、分離ディスク３４の外周縁から外側に排出されると、符号Ｆ１４の矢印で示すように、エンジン４からの吸気によってハウジング１１の内部を上昇する。ここで、洗浄用オイルや動力用オイルによってオイルセパレータ２の内部が加温されているため、オイル膜ＯＦから揮発した水分は結露せずにブローバイガスと共に移動する。そして、処理後のブローバイガスは、オイル膜ＯＦから揮発した水分とともに、ＰＣＶバルブ２６、ガス排出部２４、及び出口パイプ２５を通過してオイルセパレータ２から排出される。その後、処理後のブローバイガスは、ブリーザーパイプ３を通じて吸気側流路６に還元される。
　このように、本実施形態のオイルセパレータ２によれば、洗浄用オイルによって分離ディスク３４の表面にオイル膜ＯＦを形成しているので、ブローバイガスから効率よくオイルミストを分離することができる。
　そして、第１オイル供給路３９や第２オイル供給路４０に供給されたオイルを、スピンドル３２を回転させるための動力として使用すると共にオイル膜ＯＦの形成にも使用しているので、装置構成の簡素化が図れる。
　また、ミスト状オイルがエンジン４の潤滑油を由来としており、オイル膜ＯＦがエンジン４の潤滑油であるため、親和性がより高くなってオイルミストを一層効率よくオイル膜ＯＦに取り込むことができる。
　さらに、ブローバイガスを下側ケース１２の内部空間で動力用オイルと接触させてミスト状オイルを一次分離した後、処理後のブローバイガスをローター３１の内部（分離ディスク３４同士の隙間）で洗浄用オイルと接触させてミスト状オイルを二次分離しているので、ミスト状オイルをより高いレベルで分離することができる。
　以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。
　ローター３１の中空部分に関し、本実施形態では、平面視八角形状の取付開口３４ａによって形成されているが、この構成に限られない。ブローバイガスが導入できる空間であればよい。
　分離ディスク３４に関し、円錐台に限らず、角錐台であってもよい。なお、角錐台にする場合には、四角錐以上であることが好ましく、八角錐以上であることがより好ましい。
　下側ケース１２、連通筒部１６、吸入パイプ１８、及びオイル案内パイプ１９に関し、本実施形態では、鋳物で作製されているが、樹脂を成型することで作製してもよい。
　洗浄用オイルの供給経路に関し、前述の実施形態では、途中まで動力用オイルと共通化されていたが、この構成に限定されない。洗浄用オイルを、動力用オイルとは別系統の経路で供給してもよい。この場合、ローター３１の回転をモータで行ってもよい。すなわち、スピンドル３２をモータで回転させればよい。
　処理対象ガスに関し、ブローバイガスに限られない。オイルミストを含有する処理対象ガスからオイルミスト分離する装置であれば、本発明を適用できる。
　処理対象ガスの導入に関し、前述の実施形態では、下側ケース１２でオイルミストが一次分離された処理対象ガスをローター３１の中空部分に導入していたが、この構成に限定されない。処理対象ガスを直接ローター３１の中空部分に導入してもよい。
　区画部材２８の外周部４３に関し、スリット４３ａが設けられたものを例示したが、スリット４３ａは必要に応じて設ければよい。
１…閉鎖型クランクケース換気システム，２…オイルセパレータ，３…ブリーザーパイプ，４…エンジン，５…ガス導出管，６…吸気側流路，７…エアフィルタ，８…ターボチャージャー，９…チャージクーラー，１１…ハウジング，１２…下側ケース，１３…上側ケース，１４…下側ケースの嵌合部，１５…上側ケースの下端部，１６…連通筒部，１７…フランジ，１８…吸入パイプ，１９…オイル案内パイプ，２０…オイル案内パイプのジョイント部，２１…オイル供給パイプ，２２…本体カバー，２３…上面カバー，２４…ガス排出部，２５…出口パイプ，２６…ＰＣＶバルブ，２７…ローターユニット，２８…区画部材，２９…固定フレーム，２９ａ…固定フレームの貫通孔，３１…ローター，３２…スピンドル，３３…スピンドルシャフト，３４…分離ディスク，３４ａ…分離ディスクの取付開口，３４ｂ…分離ディスクのリブ，３５…上部ホルダ，３５ａ…ディスク保持部，３５ｂ…ディスク保持部の板状部材，３６…下部ホルダ，３７…連結アーム，３８…ノズル，３８ａ…ノズル本体，３８ｂ…噴射口，３９…第１オイル供給路，４０…第２オイル供給路，４１…下側シール部材，４２…上側シール部材，４３…区画部材の外周部，４３ａ…スリット，４４…区画部材の鍔部，４５…区画部材のテーパー部，４５ａ…テーパー部の上端開口，４６…ＰＣＶバルブのダイヤフラム，４７…ＰＣＶバルブの上側スプリング，４８…ＰＣＶバルブの下側スプリング，ＳＰ１～ＳＰ３…第１空間～第３空間，ＯＦ…オイル膜，ＢＬ…境界層，Ｆ１～Ｆ６…オイルの流れ，Ｆ１１～Ｆ１４…ブローバイガスの流れ

Claims (5)

  1. 　スピンドルと共に回転可能なローターを備えるオイルセパレータを用い、前記ローターの回転によって処理対象ガスからミスト状オイルを分離するミスト状オイルの分離方法であって、
    　前記ローターは、錐台形状の板状部材とされた分離ディスクが前記スピンドルの軸線方向に複数枚積層された分離ディスク群を備え、
    　前記分離ディスク群は、前記ローターの回転中心側に形成された第１空間と、重なり合う前記分離ディスク同士の間に形成され、前記第１空間に連通された第２空間を備え、
    　前記第１空間には、オイルを導入するオイル導入部が配置されており、
    　前記ローターを回転させた状態で、前記オイル導入部から前記オイルを導入すると共に前記第１空間に前記処理対象ガスを導入し、
    　前記処理対象ガスを前記オイル導入部から導入された前記オイルと共に前記第１空間から前記第２空間へ流入させ、前記分離ディスク群の外周縁から外方へ向けて排出させることを特徴とするミスト状オイルの分離方法。
  2. 　前記オイルセパレータは、前記スピンドルにおける前記分離ディスクよりも下側の周面から突設され、オイルの噴射によって前記スピンドルを回転させるノズルと、前記スピンドルを回転可能に支持すると共に、前記オイルを供給するためのオイル供給路が内部に形成されたスピンドルシャフトを備え、
    　前記オイル導入部は、前記スピンドルと前記スピンドルシャフトの隙間によって構成され、
    　前記オイル供給路に供給された前記オイルの一部を前記ノズルから噴射させ、かつ、前記オイルの他の一部を前記オイル導入部から前記第１空間へ導入させることを特徴とする請求項１に記載のミスト状オイルの分離方法。
  3. 　前記処理対象ガスは、エンジンから供給されるブローバイガスであり、
    　前記オイル供給路に供給されるオイルは、前記エンジンの潤滑油であることを特徴とする請求項２に記載のミスト状オイルの分離方法。
  4. 　前記オイルセパレータは、前記ノズルから噴射されたオイルが流下されると共に、前記処理対象ガスが導入される第３空間と、前記第３空間と前記第１空間の境界に配置された区画部材を備え、
    　前記第３空間にて、前記処理対象ガスを前記ノズルから噴射された前記オイルに接触させ、前記処理対象ガスから前記ミスト状オイルを一次分離し、
    　前記ミスト状オイルが一次分離された前記処理対象ガスを、前記区画部材によって前記第１空間に導入し、
    　前記処理対象ガスを前記オイル導入部から導入された前記オイルと共に前記第１空間から前記第２空間へ流入させ、
    　前記第２空間にて、前記処理対象ガスを前記オイル導入部から導入された前記オイルに接触させ、前記処理対象ガスから前記ミスト状オイルを二次分離することを特徴とする請求項２又は３に記載のミスト状オイルの分離方法。
  5. 　スピンドルと共に回転可能なローターを備え、前記ローターの回転によって処理対象ガスからミスト状オイルを分離するオイルセパレータであって、
    　前記ローターは、錐台形状の板状部材とされた分離ディスクが前記スピンドルの軸線方向に複数枚積層された分離ディスク群を備え、
    　前記分離ディスク群は、前記ローターの回転中心側に形成され、前記処理対象ガスが流入される第１空間と、重なり合う前記分離ディスク同士の間に形成され、前記第１空間に連通された第２空間を備え、
    　前記第１空間には、オイルを導入するオイル導入部が配置されていることを特徴とするオイルセパレータ。
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