JP2007120431A5 - - Google Patents

Description

オイル分離装置

本発明は内燃エンジンのブローバイガスを吸気系に循環させるシステムに適用され、ブローバイガスからオイル成分を分離するオイル分離装置に関するものである。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの火花点火式あるいは圧縮点火式のエンジンでは、燃焼室からピストンとシリンダ壁の間隙を通ってクランクケース内にブローバイガスが漏れることが避けられない。このブローバイガスは約８０％が未燃ガス（未燃のＨＣまたは部分酸化を受けた燃料で、約２０％が排出ガス（燃焼ガス）である。

このブローバイガスは大気へ放出する大気汚染の大きな原因となる。またブローバイガスは水分を含んでいるが、この水分はＰＨ２という強い酸性を示すため、機関内部を汚濁させ、潤滑油の劣化をもたらす。そこで従来よりこのブローバイガスを吸気管に導き機関に再循環させるＰＣＶシステム（Positive Crankcase Ventilation System）が用いられている。

特開２００１−１６３５６９ 特開平０７−２８０１８２

図８は従来のＰＣＶシステムの一例であるクローズドシステムを示す概略図である。この図において符号１０は４サイクル火花点火式燃料噴射ガソリンエンジンであり、１２はクランクケース、１４はシリンダブロック、１６はシリンダヘッド、１８はシリンダヘッドカバーである。クランクケース１２内に軸支されたクランク軸２０と、シリンダブロック１４のシリンダ内を上下動するピストン２２とがコンロッド２４で連結されている。

シリンダヘッド１６には吸気弁２６、排気弁２８が設けられ、これらは動弁機構（図示せず）により開閉駆動される。なおクランクケース１２内とシリンダヘッドカバー１８内とは、シリンダブロック１４およびシリンダヘッド１６を通る通路（図示せず）により連通している。３０は吸気マニホールド、３２は排気マニホールドであって、それぞれ吸気弁２６、排気弁２８に接続される。

吸気マニホールド３０にはサージタンク３４を介して吸気管３６が接続され、このサージタンク３４の上流側にスロットル弁３８が取付けられている。４０は燃料噴射弁（フューエルインジェクター）であり、シリンダヘッド１６内の吸気管３０内壁から吸気弁２６方向を指向して燃料を噴射する。

ＰＣＶシステムは、シリンダヘッドカバー１８からブローバイガスをサージタンク３４に環流させるガス通路５０と、スロットル弁３６の上流側の吸気管３６から外気をシリンダヘッドカバー１８内に導く新気通路５２と、ガス通路５０に設けたＰＣＶバルブ５４とを有する。ＰＣＶバルブ５４は、ブローバイガスの流量がエンジンの負荷によって変化することを考慮して、ブローバイガスの吸入量を制御する。

このようなクローズドシステムに対し、シールドシステムも従来より知られている。このシールドシステムは、シリンダヘッドカバー１８からブローバイガスをエアクリーナに導くものである。クローズドシステムによれば新気がクランクケース１２に導かれるためクランクケースの換気性に優れる一方、シールドシステムはエアクリーナエレメントが水分やオイル（燃料を含む）などで汚れホコリが付きやすい、という問題がある。

ブローバイガスを吸気系に環流させると、ブローバイガスに含まれる強酸性の水分や汚れたオイルがエアクリーナ、吸気マニホールド３０、吸気弁２６、燃焼室に流れることになり、これらを傷めたり汚すことになる。従来よりブローバイガスからガス成分とオイル成分（水分とオイルを含む。以下単にオイルともいう。）を分離してオイル成分はシリンダヘッド内へ戻しガス成分だけを吸気系に戻すために、オイルセパレータを用いることが行われているが、従来のオイルセパレータはオイルの分離が不十分であり、エンジンを傷め汚すという従来の問題を十分に解消することはできなかった。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、ブローバイガスのガス成分とオイル成分とを一層確実に分離することができ、エンジンの傷みと汚れを防ぐことができるオイル分離装置を提供することを目的とする。

この発明によればこの目的は、エンジンのブローバイガスを吸気系に戻すブローバイガス循環システムの循環路に設けられ、前記ブローバイガスからオイル成分を分離するオイル分離装置において、内面を略円筒状とした金属製のタンクと、このタンクの中心軸線と平行かつこのタンクの外周寄りからこのタンク内にのびてこのタンク内面のほぼ接線方向に向かって開口し前記ブローバイガスを前記タンクの内面に沿って旋回させるように導く流入管と、前記タンク内に開口し前記タンクの中心軸線付近から主としてガス成分を取出して前記吸気系に導く排出管と、前記タンクの底部付近に貯まるオイル成分を排出する排油栓と、を備えることを特徴とするオイル分離装置、により達成される。

ブローバイガスはタンクの中心軸線と平行かつこのタンクの外周寄りからタンク内にのびる流入管からタンクの略円筒状の内面のほぼ接線方向に向かってタンク内に流入し、タンク内面に沿って旋回する。このため重い液状のオイル成分が遠心力によって外周側すなわちタンク内面に向かい、軽いガス成分はタンク中心部に向かって移動し、ガス成分とオイル成分が分離される。中心部からは排出管によってガス成分が吸気負圧によって吸い出され吸気系に導かれる。

タンク内面に向かって移動したオイル成分は、タンク内面に付着し、重力によってタンクの底部に集まる。このオイル成分は適宜量溜まると、排油栓を開くことにより外へ排出することができる。

ブローバイガスはタンク内面に接触して冷やされるので、オイル成分の油滴は能率良く液状化しタンク内面に付着してタンク底部に集まる。このためガス成分とオイル成分の分離（気液分離）が確実に行われ、オイル成分が吸気系に入ることによりエンジンを傷めたりエンジンを汚したりするのを防ぐことができる。

タンクは略円筒状の内面の中心軸線を上下方向（例えば垂直）にしてエンジン付近に設置する場合は、円筒状タンク内の底部をオイル溜めとして、ここにオイル成分を溜める。また流入管はタンク上部から内面の略接線方向（すなわち水平断面上で内面が形成する円のほぼ接線方向）にブローバイガスを吐出すれば、ブローバイガスは中心軸線回りの強い旋回流となり、オイル分離を一層確実にすることができる。

ブローバイガスはタンク内面に沿って旋回するから、この旋回に沿うように螺旋状の溝をタンク内面に形成しておくのがよい。こうすることにより、ブローバイガスの旋回を促進し、安定させることができるからである。また旋回により分離されたオイル成分をこの溝によってオイル溜めに円滑に導くことができる。

タンクは冷却性がよい金属製、例えばステンレス製やアルミニューム製とするのがよい。アルミニューム製タンクの場合には、板厚を３ｍｍ以上にするのがよい。エンジンルーム内温度が一時的上昇した場合にタンク内温度が直ちに上昇するのを防げるからである。タンクの外周面には空冷用フィンを設ければ、タンクの冷却性は一層向上し、気液分離を一層確実に行うことができる。タンクには、オイル溜めに貯まったオイル成分の液面を目視可能にするオイルレベルゲージを設けておくのがよい。ここに溜まるオイル成分が一定量を越えないように、適時に排油栓を開いて溜まったオイル成分を排出するのに便利になるからである。

図１は本発明の一実施例を適用したクローズドシステムの概略図、図２はオイル分離装置の側断面図、図３は図２におけるIII-III線断面図である。図１においては図１０と同一部分に同一符号を付したのでその説明は繰り返さない。図１が図１０と異なるのは、ガス通路５０の途中に本願発明に係るオイル分離装置（一般にオイルキャッチタンクともいう。）６０を設けた点である。

このオイル分離装置６０は、金属製の円筒状タンク６２を略垂直に設置して用いるものである。すなわちタンク６２の中心軸線６４を略垂直にして用いる。タンク６２は円筒の上下を上板６６と底板６８で塞いだものである。なおガス通路５０はエアクリーナ４９に接続したものもある（図１の仮想線参照）。

上板６６には外周寄りを上下方向に流入管７０が貫通し、中心軸線６４上に排出管７２が貫通している。流入管７０の先端７１は斜めにカットされ、タンク内面の周方向すなわち水平断面上（図３）でタンク内面が形成する円のほぼ接線方向に向かって開口している。この開口７１はタンク６２の内面に向かって斜めにブローバイガスを吐出する方向であればよい。排出管７２は流入管７０より太径であって、流入管７０よりも下方までのびている。

底板６８には、中心軸線６４上に排油栓７４が着脱可能に取付けられている。この排油栓７４は下方から底板６８に螺着可能であり螺着状態ではタンク６２内の底部に形成されるオイル溜め７６を閉じ、排油栓７４を抜いた時にはこのオイル溜め７６の底を開き、ここに溜まるオイル成分を外へ排出することができる。なおこの排油栓７４の先端は略円錐状に形成され、タンク６２内に進入している。このためタンク６２内にブローバイガスの旋回流が形成されるのを助けることができる。

タンク６２の側面にはオイルレベルゲージ７８が取付けられている。このオイルレベルゲージ７８はタンク６２内の底部と上部とを連通する透明管８０を持ち、オイル溜め７６の液面と同じ高さまでオイルがこの透明管８０に入る。このため透明管８０の液面を目視により確認することにより、オイル溜め７６に溜まったオイル量を知ることができる。透明管８０は少なくとも一端が着脱可能であり、一端を外した状態でタンク６２をエンジンルーム内に金属バンドなどで固定し、その後透明管８０を元の状態に接続するものである。

このオイル分離装置６０はエンジン１０の近くにステンレスバンドでタンク６２を締付けることによって取付けられる。例えば自動車エンジンであれば、エンジンルーム内などに設置される。ステンレスバンドで固定することにより、タンク６２の取付位置を容易に調整でき、狭いエンジンルーム内への配設に都合がよい。前記ガス通路５０はその途中が切断され、図１に示すようにその切断した端のうちシリンダヘッドカバー１８側の端がコネクタ８２および接続管８４によって、オイル分離装置６０の流入管７０に接続される。他方の端すなわちサージタンク３４側の端はコネクタ８６および接続管８８によって、オイル分離装置６０の排出管７２に接続される。

この実施例によれば、エンジン１０のブローバイガスはＰＣＶバルブ５４を通り、オイル分離装置６０の流入管７０からタンク６２内に入る。流入管７０の先端の開口７１からブローバイガスはタンク６２の内周方向に吐出され、タンク６２内に旋回流９０（図２）を形成する。この旋回流９０は遠心力によりオイル成分をタンク６２の内面に付着させ、軽いガス成分を中心軸線６４側に集める。

このため重いオイル成分はタンク６２の底、すなわちオイル溜め７６に集まる。また軽いガス成分は排出管７２の開口７３から排出管７２内に入り、さらにサージタンク３４内に吸入される。従ってガス成分は吸気管３６から吸入される新気と共にエンジン１０の燃焼室に吸入され、燃焼される。一方シリンダヘッドカバー１８内には新気通路５２によって新気（外気）が導かれる。

なおオイル分離装置６０を接続する接続管８４、８８は、エンジン１０のガス通路５０の管と径が異なることがある。この場合は図４に示すコネクタ８２、８６を用いる。すなわちコネクタ８２、８４は一端がガス通路５０の管に適合する径を持ち、他端が接続管８４、８８に適合する径を持つものである。またこの接続管８４、８８は、外径が異なる部分を３つ連続させているので、接続管８４、８８やガス通路５０の管径が接続管８４、８６の３つの管径に対応する場合に対応でき、便利である。

図５は他の実施例であるオイル分離装置の６０Ａの側断面図である。この実施例は、タンク６２Ａの内面に螺旋状の溝１００を形成したものである。従って流入管７０から流入するブローバイガスはこの螺旋状の溝１００に沿って旋回し、内面に付着するオイル成分はこの溝１００によってオイル溜め７６に円滑に流下する。この結果タンク６２Ａの内面に付着したオイル成分がブローバイガスの旋回の障害になるのを防ぐことができる。なお溝１００は１０ｍｍ間隔で形成するのがよい。

またこの実施例では、排油栓７４Ａの先端を水平端面とし、排出管７２Ａを短くしてその下端をタンク６２Ａ内に開口させた。さらにタンク６２Ａの外周面に空冷用のフィン１０２を形成した。このフィン１０２はタンク６２Ａを冷却するので、タンク６２Ａの内面に接触して旋回するブローバイガスを冷やし、オイル分離を促進させることができる。なおこの図５においては図２と同一部分に同一符号を付したのでその説明は繰り返さない。

図６は他の実施例を示す側断面図である。このオイル分離装置６０Ｂは、排出管７２Ｂの下部を下方に向かって拡径する略円錐状として、その下端の開口にオイル分離用フィルタ１０４を取付けたものである。

この実施例によれば、流入管７０から流入するブローバイガスは、タンク６２Ｂの内面と、排出管７２Ｂ下部の円錐状部分の外周面とに案内されて円滑に旋回できる。またオイルはフィルタ１０４でも捕獲（トラップ）される。このためオイル分離を一層確実にすることができる。なおこの図６では図２、５と同一部分に同一符号を付したから、その説明は繰り返さない。

図７はブローバイガス循環システムの他の例を示す。この実施例は図１のものに対してガス通路５０ＤおよびＰＣＶバルブ５４Ｄの位置が異なり、クランクケース１２からブローバイガスをオイル分離装置６０（６０Ａ〜６０Ｃ）に導くようにしたものである。

すなわちＰＣＶバルブ５４Ｄとサージタンク３４をつなぐガス通路５０Ｄの途中を切断し、その両端をそれぞれコネクタ８２Ｄ、８４Ｄを介して、接続管８４Ｄ、８８Ｄでオイル分離装置６０（６０Ａ〜６０Ｃ）に接続したものである。なおこの図では前記図１と同一部分に同一符号を付したので、その説明は繰り返さない。またオイル分離装置６０、６０Ａ、６０Ｂを使う場合は図１、７に示すように縦置きとするのは勿論である。

本発明の一実施例の使用例を示す図 そのオイル分離装置の側断面図 そのIII-III線断面図 コネクタを示す斜視図 オイル分離装置の他の実施例を示す側断面図 オイル分離装置の他の実施例を示す側断面図 ブローバイガス循環システムの他の例を示す図 従来のブローバイガス循環システムを示す図

符号の説明

１０ エンジン
３４ サージタンク
３６ 吸気管
５０、５０Ｄ ガス通路
５４、５４Ｄ ＰＣＶバルブ
６０、６０Ａ、６０Ｂ オイル分離装置
６２、６２Ａ タンク
６４ 中心軸線
７０ 流入管
７２、７２Ａ、７２Ｂ 排出管
７４、７４Ａ 排油栓
７６ オイル溜め
７８ オイルレベルゲージ
１００ 螺旋状の溝
１０２ 空冷用フィン

Claims (5)

1. エンジンのブローバイガスを吸気系に戻すブローバイガス循環システムの循環路に設けられ、前記ブローバイガスからオイル成分を分離するオイル分離装置において、
   内面を略円筒状とした金属製のタンクと、
   このタンクの中心軸線と平行かつこのタンクの外周寄りからこのタンク内にのびてこのタンク内面のほぼ接線方向に向かって開口し前記ブローバイガスを前記タンクの内面に沿って旋回させるように導く流入管と、
   前記タンク内に開口し前記タンクの中心軸線付近から主としてガス成分を取出して前記吸気系に導く排出管と、
   前記タンクの底部付近に貯まるオイル成分を排出する排油栓と、
   を備えることを特徴とするオイル分離装置。
2. タンクは略円筒状の内面の中心軸線を上下方向にしてエンジン付近に設置され、流入管はタンクの上部から内面の略接線方向を指向してほぼ水平方向にブローバイガスを吐出する一方、前記タンク内の下部をオイル溜めとした請求項１のオイル分離装置。
3. タンクの内面には、螺旋状の溝が形成され、流入管はこの螺旋状の溝にほぼ沿ってブローバイガスを吐出する請求項１のオイル分離装置。
4. タンクの外周面には空冷用フィンが設けられている請求項１のオイル分離装置。
5. オイル溜めに貯まったオイル成分の液面を目視可能にするオイルレベルゲージをタンクに設けた請求項１のオイル分離装置。