JP2008169829A - オイルセパレータを有する内燃機関のシリンダヘッドカバー - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成であり且つ製造労力を劇的に軽減可能なオイルセパレータを有するシリンダヘッドカバーを提供する。
【解決手段】内燃機関用シリンダヘッドカバーが：中心側端部（プロキシマル端部）から中心から遠い側の端部（ディスタル端部）に長手方向に延びる渦室を有するオイルセパレータを含む。前記渦室は：前記長手方向に延びる基本的にパイプ形状の壁と；前記中心側端部から前記中心から遠い側の端部まで長手方向に前記基本的にパイプ形状の壁に沿って螺旋状に回転する渦状のガス流が形成されるように、前記渦室の前記中心側端部に配置され、前記基本的にパイプ形状の壁に対して接するように方向付けられ、ブローバイガスを前記渦室内部に吹き込むためガスインレットと；ガスアウトレット開口とを含む。前記ガスアウトレット開口は、前記渦室の前記中心から遠い側の端部の領域に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、オイルセパレータを有する内燃機関のシリンダヘッドカバーに関する。

（関連する出願）
２００６年１２月２２日出願のドイツ国特許出願番号 102006062657.5 の内容は本発明に組み込まれる。以下に示す米国及び外国の特許及び特許出願はここに組み込まれる。

周知のサイクロンセパレータ（ＤＥ１０２００４０３３６７７Ａ１，ＤＥ２０３００５９６Ｕ１，ＤＥ１０２００４００２３１０Ａ１，ＤＥ１０２００４０１９１５４Ａ１，ＥＰ１６１４８７１Ａ２，ＤＥ１０２００４００６０８２Ａ１，ＪＰ２００５１５５４２３Ａの書類参照）は、タンジェンシャル・ガスインレットを有する本質的にシリンダ状の渦室を含んでいる。螺旋ガス渦が円錐壁の中で心振れを起こし、ガスインレットの領域内に設けられたイマーションチューブによってガス渦の内部を通って反対側に抽出され、その結果ガスの逆流が発生する。例えば円錐の先端部のような開口部分を通って分離したパーティクルが配置される。閉鎖（クローズ）チャンバーを有するサイクロンセパレータの製造においては、非常に手の込んだインジェクションモールドが要求され、これは極めて困難であり、ＤＥ１０２００４０１９１５４Ａ１において簡素な構造のモールドを作るべく二つの要素からサイクロンを構成することが提案されていた。

ＤＥ１０２００４０１６７４２Ｂ３公報には、インレット側に設けられたリードバルブと下流側に配置されたディフューザを備えたオイルセパレータが開示されている。ガスの鋭い偏向に依存する慣性のため、リードの先端を囲む壁上でオイルパーティクルが分離される。

（発明の概要）
本発明の目的は、簡素な構成であり且つ製造労力を劇的に軽減可能なオイルセパレータを有するシリンダヘッドカバーを提供することにある。

上記及び可能目的は本発明によって達成され、一つの実施態様によれば、内燃機関用シリンダヘッドカバーが：中心側端部（プロキシマル端部）から中心から遠い側の端部（ディスタル端部）に長手方向に延びる渦室を有するオイルセパレータを含み、前記渦室が：前記長手方向に延びる基本的にパイプ形状の壁と；前記中心側端部から前記中心から遠い側の端部まで長手方向に前記基本的にパイプ形状の壁に沿って螺旋状に回転する渦状のガス流が形成されるように、前記渦室の前記中心側端部に配置され、前記基本的にパイプ形状の壁に対して接するように方向付けられ、ブローバイガスを前記渦室内部に吹き込むためガスインレットと；ガスアウトレット開口とを含み、前記ガスアウトレット開口は、前記渦室の前記中心から遠い側の端部の領域に配置される。

他の実施態様によれば、内燃機関用シリンダヘッドカバーが、中心側端部（プロキシマル端部）から中心から遠い側の端部（ディスタル端部）に長手方向に延びる渦室を有するオイルセパレータを含み、前記渦室が：各々が前記長手方向に延びる基本的にパイプ状の壁を有する複数の平行なサブチャンバーと；前記サブチャンバーに対して共通であり、前記中心側端部から前記中心から遠い側の端部まで長手方向に前記基本的にパイプ形状の壁に沿って螺旋状に回転する渦状のガス流が形成されるように、前記渦室の前記中心側端部に配置され、前記基本的にパイプ形状の壁に対して接するように方向付けられ、ブローバイガスを前記渦室内部に吹き込むためガスインレットと；少なくとも一つのガスアウトレット開口とを含み、前記ガスアウトレット開口は、前記渦室の前記中心から遠い側の端部の領域に配置される。

渦室の中心から遠い側の領域におけるガスアウトレット開口により、従来技術で設けられているイマーションチューブが重要でなくなり、その結果、構造が簡素化される。加えて、好ましくはプラスチック製のオイルセパレータの製造中に、ガスアウトレット開口を通してインジェクションモールドが渦室内に係合を可能であり、実質的にモールドのための労力が軽減される。渦室のランアウト端部にあるガスアウトレット開口の配置は、セパレータの機能に逆に影響を及ぼすガスフローを通して分離されたオイルの液滴が発生することを導くものではないことは示されている。渦室の中心から遠い側の端部は、前記渦室を通過した後に渦流が心振れして螺旋流から基本的に螺旋流でない状態に変化する場所における渦室の端部として規定することができる。したがって、渦室の中心から遠い側の端部は、また、ランオウト（心振れ）端部と指定することもできる。

接線方向のガスインレットにより、回転螺旋ガス渦が、ガスインレットから渦室の中心から遠い側の端部まで延びるパイプ状の渦室中に誘導される。この目的において、渦室は便宜的に実質的にシリンダ状又はパイプ状に成形され、この用語は断面が円形であることを意味し、例えば、楕円又は円であり、渦室の長さ方向にわたって断面が変化する場合も含む。例えば、螺旋表面又は螺旋流路のような螺旋又はコイル状の設備を用いることなく、螺旋ガス渦が生成される。別の言い方をすると、渦室は螺旋又はコイル状のガイド装置を必要としない。これは、本発明がらせん状のオイルセパレータに限定されるという意味ではない。

好ましくは、ガスインレットは開放状態に設計され、すなわちバルブを用いない構造とする。これにより、本発明は例えばガスインレットにリードバルブが設けられたオイルセパレータを超えて限定することができる。オープンガスインレットにより、リードバルブがまだ開いてなく低いフローレートであっても、効果的に分離機能を発揮することができる。同様な理由により、ガスインレット及びガスアウトレットを含むオイルセパレータ全体がバルブフリーとして設計されることは更なる利点である。

ガスフローによる分離されたオイル液滴のピッキングアップを防止するために、渦室は、好ましくは、ガス速度が低下するディフューザの形式で、ガスアウトレット側に向かって幅を広くし、廃液がガスとの接触を失い、ガスフローによって再び引きずられることがなくなるように、ガス渦がチャンバー壁から分離する。

他の実施態様においては、渦室は２つのサブチャンバーを備えており、これらのサブチャンバーはガスインレットに対して対称に配置され、２つの逆回転ガス渦を形成する。単１のガス渦を有するセパレータと比較した場合、サイズ自体は若干大きくなるだけで、セパレータのフローレートを十分に増加させることができる。

（詳細な説明）
以下、本発明について添付図面を参照しつつ実施例に沿って説明する。
図１１に示す内燃機関は、シリンダヘッドカバー１０と、シリンダヘッド３５と、クランクケース３６と、オイルパン３７とを含んでいる。シリンダヘッドカバー１０は、オイルを含んだブローバイガス用のガスインレット領域３８と、導入されたブローバイガスがそこを通って渦室１３に流れるオイルセパレータ１１と、オイルドレイン２４を備えた近接クリーンチャンバー２６と、圧力制御バルブ３４と、ガスアウトレット領域とを備えている。ブローバイガスは、例えば、図示しないエンジンハウジングの中に形成された流路を通って、クランクケース３６からシリンダヘッドカバー１０の内部に流れる。オイルセパレータ１１はインレット開口１２を備えており、オイルを含んだブローバイガス１７がそこを通ってシリンダヘッドチャンバー１３に入る。

図１に示すように、チャンバー１３はパイプ状の周辺壁１４によって形成されている。周辺壁１４の内部において、ガスインレット開口１２は渦室１３の中心側端部に設けられている。ガスインレット開口１２の周辺には、パイプ状のガスインレット１８が設けられており、このガスインレットは渦室１３に対して接線方向に配置されている。パイプ形状ガスインレット１８は、ガスインレット開口１２を通ってチャンバー１３に入り込むブローバイガスの流れが接線方向に向くようにする。ガスインレット開口１２を通って侵入するガスは、チャンバー壁１４に沿って導かれる。長手方向２１内の流れ要素のため、例えばガイドプレートやその他の要求されるガイド装置を用いることなく、螺旋ガス渦２０がチャンバー１３内部において長手軸のまわりを回転する。「螺旋」は、エンジンの平均負荷内においてガス渦が少なくとも一つの完全な回転を行い、好ましくは、少なくとも完全な２回転を行うことを意味する。回転ガス渦２０は、パイプ形状チャンバー１３の長手方向２１に広がる。長手方向２１はチャンバー１３の中心軸に沿って延び、例えば図１に示すように、部分的に互いに連結可能となっている。

遠心力により、ガス渦２０内のオイルパーティクルが周辺壁１４と接触し、チャンバー１３の外側領域に蓄積、癒着し溶滴となる。分離されたオイルは、チャンバー１３の周辺壁１４に沿って配置され、リターン２４によってエンジンオイル循環路に戻る。よどんだ空間なしにオイルの重力排出を確実なものとするために、作動ポジションにおけるチャンバー１３のフロアは、好ましくは、オイル排出２４に対して安定した方向の傾斜を有する。例えば図１１に示すようなノンリターンバルブ４１により、ブローバイガスがオイルドレインライン２４を通って逆方向に流れてクリーンチャンバー２６に入り込むことが防止される。

流量の関数としての渦室セパレータ１１の効率特性又は圧力損失は、概ね、イマーションチューブによるサイクロンの特性に対応する。

チャンバー１３を通過すると、螺旋ガス渦２０はチャンバー１３の中心から遠い側の端部（ディスタル端部）２２において心振れを起こし、すなわち、回転のない流れに変換され、渦室１３の中心から遠い側の端部２２に配置されたガスアウトレット開口２５を通ってチャンバー１３から排出される。洗浄されたブローバイガスに１３は、その後、クリーンチャンバー２６を通って、例えば、圧力制御バルブ３４（図１１参照）に向かう。

ガスアウトレットが渦室１３のディスタル端部２２に配置されているため、オープン設計のチャンバー１３を得ることができる。特に、オイルセパレータ１１の製造に使用されるインジェクションモールドは、ガスアウトレット開口２５を通ってチャンバー１３内部に係合可能となる。この目的において、利点は、図１，４−７，１０の例に示すように、チャンバー１３の断面がインレット１５に近い端部と反対側の端部２２との間に圧縮部がなく、ガスアウトレット開口２５の面積がチャンバー１３の最大断面積より大きい又は同等となることである。

渦室１３がオープン設計であるため、分離オイル２７が渦室１３から、大きな断面積を有する（図１，４−６，１０参照）ガスアウトレット開口２５を介して排出することができる。このため、従来技術のように小さな断面積によってオイル排出を行った場合にみられる好ましくないフリージング特性を回避することが可能となる。別の言い方をすると、オイル排出２４は、好ましくは、クリーンチャンバー２６の内部に導かれ、従来のように渦室１３内部に導かれない。

図１に示すように、渦室１３のディスタル端部においてガスの逆流は発生せず、イマーションチューブを有する従来のサイクロンとは顕著に異なる。

図１に示すように、チャンバー１３は、特にガスインレット領域において、好ましくは、安定したガス渦２０を生成可能とするために実質的にシリンダ状の部分１５を含み、好ましい軸長さは少なくとも直径の０．５倍、さらに好ましくは直径の０．５倍から５倍、さらに好ましくは直径の１倍から３倍である。「実質的にシリンダ状」とは、製造者による精度により、ある程度円錐も含み、すなわち１０度までの円錐を含む概念である。

図１及び図２ｂに示すように、チャンバー１３は、特にディスタル端部領域において、好ましくは長手方向に広がったセクション１６を備え、ガスの回転速度が低下するディフューザを形成し、その結果、ガス渦によって廃棄液体が再び上昇する可能性を低減させている。これと同時に、圧力損失がセパレータ１１を介して減少する。所望の効果の観点から、ディフューザ１６の円錐（頂角）は少なくとも１０度であり、好ましくは少なくとも２０度であり、さらに好ましくは少なくとも３０度である。

図１，２ｂ及び８ｂに示すように、断面が楕円形のディフューザ１６により、ガス渦２０が最初にチャンバー１３の下側枠から分離し、これによって廃棄液体２７がそこで何れのガスとも接触せず、ガス流によって再び上昇することがない。この目的において、チャンバー１３の下側領域が上側領域に比べて顕著に広い場合、特に例えば図１に示すケースのように、チャンバー１３が完全に下側に向かってのみ広がっているが、上側領域ではそうでない場合はメリットとなる。

図２ａ，２ｂに示す実施例によれば、渦室１３は二つのサブチャンバー１３ａ，１３ｂを備えており、好ましくは、これらは平行に配置され、互いに接線方向で接し、共通のガスインレット１８を備え、互いに平行に配置され反対方向に回転する二つのガス渦２０ａ，２０ｂを形成する；これにより、デュアルチャンバーが形成される。ガスインレット１８は、好ましくは、二つのサブチャンバー１３ａ，１３ｂが接触する部分で接線方向に向いており、さらに好ましくは、分流器として機能するランド３３の中央に向いている。サブチャンバー１３ａ，１３ｂは、好ましくは、ガスインレット１８に対して対称（ミラー状）に配置される。チャンバー１３の周辺壁１４は、したがって好ましくは、図２ａに示すように、オメガ形状又はω形状に設計される。単一のガス渦を有するセパレータと比較すると、相対的に若干大きいサイズで、セパレータのフローレートを実質的に２倍とすることができる。しかしながら、本発明はガス渦の数によって限定されるものではない。特に、図８ａ，８ｂに示すチャンバー１３のように単一のガス渦の実施例を含む。また、二つ以上の並列的なガス渦を有する実施例についても考えられる。

できるだけ早い段階で廃棄オイル２７とガスが接触することを停止するために、ドレインスロット２８又は、複数のサブチャンバー１３ａ，１３ｂを有する場合には、一つ又は複数のドレインスロット２８ａ，２８ｂを、図３又は図９に係る実施例の周辺壁１４内のチャンバー１３の下側部分に又は、周辺壁１４よって規定される周辺部の下に配置されるディフューザ１６に設けることができる。

図４−図６に示す実施例から明らかなように、長手方向に渦室１３を形成することは、種々の方法により変更可能である。図４に示す例において、さらに顕著に大きく又は小さく広がった領域２９をディフューザ１６につなげている。図５の実施例においては、渦室１３全体が均一に広がっている。図６の実施例においては、渦室１３はガスアウトレット方向に向かい、下側に向かって傾斜が増加するように一様に広がっている。

図７に示す実施例において、オイルドレイン流路３１に達するをオイルドレイン開口３０がチャンバー１３のフロアに設けられている。分離壁３２によるガス渦２０と廃棄オイル２７との分離により、ガス渦２０による分離オイル２７の再吸収は効果的に防止される。

図１０の実施例は、垂直タイプの渦室１３に関するものであり、高さを抑えることが望まれ、図１及び図４−図７の水平タイプのものと対称的である。図１０に示す垂直型の中で発生するエマルジョンは排出されやすく、フリージング特性においては好ましい。

セパレータの適用状況に応じて、渦室１３は傾斜させて使用することができる。

図１は、オイルセパレータの断面を示す。 図２ａは、ガスインレットの領域中におけるオイルセパレータの断面を示す。 図２ｂは、ディフューザの領域中におけるオイルセパレータの断面を示す。 図３は、他の実施例に係るガスインレットの領域中におけるオイルセパレータの断面を示す。 図４は、他の実施例におけるオイルセパレータの長手方向断面を示す。 図５は、他の実施例におけるオイルセパレータの長手方向断面を示す。 図６は、他の実施例におけるオイルセパレータの長手方向断面を示す。 図７は、他の実施例におけるオイルセパレータの長手方向断面を示す。 図８ａは、他の実施例におけるガスインレット又はディフューザの領域中におけるオイルセパレータの断面を示す。 図８ｂは、他の実施例におけるガスインレット又はディフューザの領域中におけるオイルセパレータの断面を示す。 図９は、他の実施例におけるガスインレットの領域中のオイルセパレータの断面を示す。 図１０は、他の実施例におけるオイルセパレータの断面を示す。 図１１は、内燃機関の断面を示す。

Claims (18)

1. 内燃機関用シリンダヘッドカバーが：中心側端部（プロキシマル端部）から中心から遠い側の端部（ディスタル端部）に長手方向に延びる渦室を有するオイルセパレータを含み、
   前記渦室が：前記長手方向に延びる基本的にパイプ形状の壁と；前記中心側端部から前記中心から遠い側の端部まで長手方向に前記基本的にパイプ形状の壁に沿って螺旋状に回転する渦状のガス流が形成されるように、前記渦室の前記中心側端部に配置され、前記基本的にパイプ形状の壁に対して接するように方向付けられ、ブローバイガスを前記渦室内部に吹き込むためガスインレットと；ガスアウトレット開口とを含み、
   前記ガスアウトレット開口は、前記渦室の前記中心から遠い側の端部の領域に配置される。
2. 請求項１に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記渦室の断面が円形又は楕円形である。
3. 請求項１に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記ガスインレットがバルブを備えていない。
4. 請求項１に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記渦室は前記渦室の中心から遠い部の端部に向かって広がる領域を備えている。
5. 請求項１に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記渦室が前記ガスインレットの近傍に実質的に均一な断面を有する領域を備えている。
6. 請求項５に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記実質的に均一な断面を有す領域は、その平均直径に対して０．５倍から５倍の長さを有し、好ましくは１倍から３倍の長さを有する。
7. 請求項１に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記ガスアウトレット開口は、渦室の最大断面積より大きい又は同等の面積を有する。
8. 請求項１に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記ガスアウトレット開口は、前記渦室からオイルを排出するように設けられている。
9. 請求項１に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記渦室の前記基本的にパイプ状の壁はオイルを排出するための縦方向の溝を含んでいる。
10. 内燃機関用シリンダヘッドカバーが、中心側端部（プロキシマル端部）から中心から遠い側の端部（ディスタル端部）に長手方向に延びる渦室を有するオイルセパレータを含み、
    前記渦室が：
    各々が前記長手方向に延びる基本的にパイプ状の壁を有する複数の平行なサブチャンバーと；
    前記サブチャンバーに対して共通であり、前記中心側端部から前記中心から遠い側の端部まで長手方向に前記基本的にパイプ形状の壁に沿って螺旋状に回転する渦状のガス流が形成されるように、前記渦室の前記中心側端部に配置され、前記基本的にパイプ形状の壁に対して接するように方向付けられ、ブローバイガスを前記渦室内部に吹き込むためガスインレットと；
    少なくとも一つのガスアウトレット開口とを含み、
    前記ガスアウトレット開口は、前記渦室の前記中心から遠い側の端部の領域に配置される。
11. 請求項１０に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記渦室の断面が前記共通ガスインレットを介してオメガ状に形成されている。
12. 請求項１０に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記ガスインレットがバルブを備えていない。
13. 請求項１０に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記渦室は前記渦室の中心から遠い部の端部に向かって広がる領域を備えている。
14. 請求項１０に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記渦室が前記ガスインレットの近傍に実質的に均一な断面を有する領域を備えている。
15. 請求項１４に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記実質的に均一な断面を有す領域は、その平均直径に対して０．５倍から５倍の長さを有し、好ましくは１倍から３倍の長さを有する。
16. 請求項１０に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記ガスアウトレット開口は、渦室の最大断面積より大きい又は同等の面積を有する。
17. 請求項１０に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記ガスアウトレット開口は、前記渦室からオイルを排出するように設けられている。
18. 請求項１０に係るシリンダヘッドカバーにおいて、前記渦室の前記基本的にパイプ状の壁はオイルを排出するための縦方向の溝を含んでいる。
    

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