JP2011089464A - オイルミストセパレータ用のフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】繊維表面へ付着したオイルミストの脱離性を向上させ、フィルタの目詰まりを抑制でき、フィルタの性能を長期にわたって維持することができるオイルミストセパレータ用のフィルタを提供する。
【解決手段】オイルミストセパレータ１１は、そのハウジング１２にオイルミストを含有するブローバイガスの流入口１３及び流出口１４を備え、ハウジング１２内には流入口１３から流出口１４へブローバイガスが流れるブローバイガス流路１５が形成されている。ハウジング１２内には、ブローバイガス中に含まれるオイルミストを付着、油滴化するフィルタ１６が前記ブローバイガス流路１５を横切るように設けられている。該フィルタ１６は繊維により構成され、該繊維表面には凹凸部が形成されている。凹凸部の表面にはオイルミストのもつ電荷とは異なる電荷が帯電されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばエンジンのシリンダヘッドカバー上に設けられたハウジング内において、ブローバイガスに含まれるオイルミストを油滴化して除去するためのオイルミストセパレータ用のフィルタに関する。

自動車用エンジンの作動中に発生するブローバイガスがオイルミストを含んだまま吸気系統に還流されると、オイルが消費されるだけではなく、オイルミストがスロットルや吸気バルブなどの吸気系部品に付着、堆積し、不具合発生の原因となるおそれがある。そのため、オイルミストセパレータでオイルミストが除去され、ガス分のみがエンジンの負圧を利用してインテークマニホールド等の吸気路に還流されて燃焼されるようにしている。この種のオイルミストセパレータとしては、ブローバイガス流路にフィルタを配置し、該フィルタによってブローバイガス中のオイルミストを除去するフィルタ式のオイルミストセパレータが知られている。

オイルミストセパレータのフィルタに関連して、例えばエレクトレット材を用いて形成されたオイル清浄用フィルタが知られている（特許文献１を参照）。該フィルタはエレクトレット材を用いて形成されているため、オイル中に存在するカーボンスラッジの帯電性を利用してクーロン力によりカーボンスラッジを引き寄せて捕捉することができる。

特開平７−６００２７号公報（第２頁及び第４頁）

しかしながら、特許文献１に記載されているオイル清浄用フィルタにおいてはフィルタを構成する繊維の表面が平滑であることから、このフィルタをブローバイガス中のオイルミストを分離するために使用する場合には、付着したオイルミストが脱離し難い。そのため、フィルタの目詰まりが発生しやすいという問題があった。さらに、特許文献１に記載のフィルタでは、エレクトレット材による正電荷に基づいて負電荷に帯電するオイルミストが分離される。この場合、クーロン力を利用することからオイルミストの捕捉力が弱く、オイルミストの分離効率が低いという問題があった。

そこで、本発明の目的とするところは、繊維表面へ付着したオイルミストの脱離性を向上させ、フィルタの目詰まりを抑制でき、フィルタの性能を長期にわたって維持することができるオイルミストセパレータ用のフィルタを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明のオイルミストセパレータ用のフィルタは、オイルミスト含有ガスに含まれるオイルミストを分離するためのハウジングにはオイルミスト含有ガスの流入口及び流出口を備えると共に、前記ハウジング内には流入口から流出口へオイルミスト含有ガスが流れる流路を形成し、該流路を横切るように固定されオイルミスト含有ガス中に含まれるオイルミストを付着、油滴化するものである。そして、前記フィルタは繊維により構成され、該繊維表面には凹凸部が形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明のオイルミストセパレータ用のフィルタは、請求項１に係る発明において、前記凹凸部は繊維の軸線方向に延びるように形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明のオイルミストセパレータ用のフィルタは、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記凹凸部は繊維の円周方向に延びるように形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明のオイルミストセパレータ用のフィルタは、請求項１に係る発明において、前記凹凸部は複数本の繊維を撚り合わせることにより形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明のオイルミストセパレータ用のフィルタは、請求項１から請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記凹凸部の表面にはオイルミストのもつ電荷とは異なる電荷が少なくとも帯電されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明のオイルミストセパレータ用のフィルタは、請求項５に係る発明において、前記凹凸部を構成する凸部にはオイルミストの電荷とは異なる電荷が帯電され、凹部にはオイルミストの電荷と同じ電荷が帯電されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明のオイルミストセパレータ用のフィルタは、請求項１から請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記凹凸部の表面は親油性部分と撥油性部分とを有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明のオイルミストセパレータ用のフィルタは、請求項７に係る発明において、前記凹凸部を構成する凸部の表面は親油性を有し、凹部の表面は撥油性を有していることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明のオイルミストセパレータ用のフィルタにおいては、該フィルタが繊維により構成され、その繊維表面には凹凸部が形成されている。このため、オイルミスト含有ガスが繊維表面の凹凸部に到るとオイルミストがその凹部に付着し、付着したオイルミストが凝集して油滴となり、その油滴が肥大化し重力（自重）によって繊維表面から脱離する。

従って、本発明によれば、繊維表面へ付着したオイルミストの脱離性を向上させ、フィルタの目詰まりを抑制できるため、フィルタの性能を長期にわたって維持することができる。

第１実施形態におけるオイルミストセパレータを示す縦断面図。 図１の２−２線における断面図であり、オイルミストセパレータを示す横断面図。 （ａ）は第１実施形態のフィルタを構成する繊維を示す斜視図、（ｂ）はその繊維の側面図及び（ｃ）は繊維表面の凹凸部を拡大し、その作用を示す部分拡大説明図。 （ａ）は第２実施形態のフィルタを構成する別の繊維を示す斜視図、（ｂ）はその繊維の側面図及び（ｃ）は繊維表面の凹凸部を拡大し、その作用を示す部分拡大説明図。 （ａ）及び（ｂ）は第３実施形態のフィルタを構成する繊維を示す斜視図。 （ａ）は第４実施形態のフィルタを構成する繊維の表面に皺状の凹凸部を有する状態を示す部分正面図、（ｂ）は中空繊維を示す部分斜視図及び（ｃ）は中実繊維を示す部分斜視図。 第５実施形態のフィルタを構成する極細繊維が複数撚り合されて凹凸部が形成された状態を示す部分正面図。 （ａ）は第６実施形態のフィルタを構成する経繊維と緯繊維とよりなる平織物を示す斜視図、（ｂ）は平織物の積層体を示す斜視図。 （ａ）は第６実施形態のフィルタを構成する繊維が断面十字状に形成された状態を示す斜視図、（ｂ）は凸部に正電荷を有し、凹部に負電荷を有する繊維の作用を示す説明図。 第６実施形態のフィルタを構成する別の繊維を示し、断面十字状に形成され、下半部に正電荷を有し、上半部に負電荷を有する繊維の作用を示す説明図。 別例としての繊維を示す断面図。 別例として繊維表面に螺旋状の凹部を有する状態を示す斜視図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化したオイルミストセパレータ用のフィルタの第１実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、エンジンのシリンダブロックに設けられたシリンダヘッドカバー１０上には、ブローバイガス中のオイルミストからオイルを回収するためのオイルミストセパレータ１１が設けられている。該オイルミストセパレータ１１のハウジング１２は四角筒状に形成され、その底壁１２ａにはブローバイガスが導入される流入口１３が設けられるとともに、上壁１２ｂにはブローバイガスが排気される流出口１４が設けられている。従って、ハウジング１２内では図中矢印で示すように流入口１３から流出口１４に向かってブローバイガスが流れるブローバイガス流路１５が形成されている。なお、ハウジング１２の底壁１２ａはシリンダヘッドカバー１０と一体的に構成されている。

ハウジング１２内のブローバイガスの流れ方向中央位置には、ブローバイガス中のオイルミストを付着、油滴化してオイルを分離、回収するためのフィルタ１６がブローバイガス流路１５を横切るように図示しないフィルタ固定枠に固定されている。ハウジング１２の底壁１２ａには、フィルタ１６の下流側位置において円孔状のオイル排出孔１７が貫通形成されている。そして、フィルタ１６の下端部に溜まったオイルがオイル排出孔１７から排出されるようになっている。

前記フィルタ１６は、撥油性及び撥水性を有する繊維１８による織布又は不織布によって形成されている。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、フィルタ１６を構成する繊維１８はその表面に繊維１８の軸線方向ｘに延びる凹凸部１９が周方向にほぼ均等間隔で形成されている。図３（ｃ）に示すように、この凹凸部１９は、断面山型状をなす凸部２０とそれら凸部２０間に形成される凹部２１とにより構成されている。

凸部２０の頂部と凹部２１の底部との間の深さｄは、１ｎｍ〜１０μｍ程度に形成される。一方、オイルミスト２２の粒子径は、通常０．１〜１００μｍ程度である。そして、図３（ｃ）に一点鎖線で示すように、凹凸部１９に付着したオイルミスト２２は、図３（ｃ）に二点鎖線で示すように凹凸部１９上で凝集して油滴２３となり、その油滴２３が肥大化して重力により繊維１８表面から脱離するようになっている。

この繊維１８表面の凹凸部１９は、例えば金型の口金部を前記繊維１８表面の凹凸部１９の形状に対応する凹凸形状とし、その金型を用いて繊維原料から溶融紡糸成形を行うことにより形成される。

次に、上記のように構成されたオイルミストセパレータ１１用のフィルタ１６について作用を説明する。
さて、オイルミストセパレータ１１のハウジング１２の流入口１３からハウジング１２内へ導入されたブローバイガスはハウジング１２内に設けられたフィルタ１６に到り、フィルタ１６内を通過する。このとき、ブローバイガス中のオイルミスト２２はフィルタ１６内の繊維１８表面に付着し、そこで油滴化される。油滴化されたオイルは自重により繊維１８表面を伝って下降し、フィルタ１６内の下端部に到り、そこに溜まる。

この際、図３（ｃ）に示すように、フィルタ１６を構成する繊維１８表面には凹凸部１９が形成されているため、同図の一点鎖線に示すように繊維１８表面に付着したオイルミスト２２は凹部２１に導かれ時間の経過とともに凝集して油滴２３となり、同図の二点鎖線に示すようにその油滴２３が肥大化する。このように肥大化した油滴２３は、いわゆるロータス効果（蓮の葉効果）により凹凸部１９との接触面積が減少してはじかれやすくなると共に、その自重により繊維１８表面に留まることができず、繊維１８表面から脱離する。

そして、フィルタ１６の下端部に溜まった油滴２３は、フィルタ１６の最下端部からハウジング１２の底壁１２ａ上を経てオイル排出孔１７から排出される。このとき、フィルタ１６内へ流れ込むブローバイガス流の風圧によりフィルタ１６内のオイルをオイル排出孔１７へと導くことができる。従って、油滴（オイル）２３をオイル排出孔１７からシリンダヘッドカバー１０内に速やかに排出することができる。一方、フィルタ１６を通過したブローバイガスはオイルミスト２２が除去された状態で流出口１４から排気され、インテークマニホールド等に還流されて燃焼される。

以上のように構成された第１実施形態のオイルミストセパレータ１１用のフィルタ１６により発揮される効果について以下にまとめて説明する。
(1) 第１実施形態におけるオイルミストセパレータ１１用のフィルタ１６では、該フィルタ１６が繊維１８により構成され、その繊維１８表面には凹凸部１９が形成されている。このため、オイルミスト２２を含むブローバイガスが繊維１８表面の凹凸部１９に到るとその凹凸部１９の作用によりオイルミスト２２がその凹凸部１９に容易に捕捉され、捕捉されたオイルミスト２２が次第に集まって油滴２３となり、その油滴２３が拡大化して自重により繊維１８表面から容易に脱離する。

従って、第１実施形態のフィルタ１６によれば、繊維１８表面へ付着したオイルミスト２２の脱離性を向上させ、フィルタ１６の目詰まりを抑制できるため、フィルタ１６の性能を長期にわたって維持することができる。

(2) 繊維１８表面の凹凸部１９は繊維１８の軸線方向ｘに延びるように形成されていることにより、繊維１８表面の凹凸部１９においてオイルミスト２２が油滴２３となり、その油滴２３が繊維１８の軸線方向ｘに沿って誘導され、肥大化されやすく、繊維１８表面から一層容易に脱離する。
（第２実施形態）
続いて、オイルミストセパレータ１１用のフィルタ１６の第２実施形態を図４に基づいて説明する。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、フィルタ１６を構成する繊維１８はその表面に繊維１８の軸線方向ｘと円周方向ｙに延びる凹凸部１９ａが繊維１８の軸線方向ｘにほぼ均等間隔で形成されている。図４（ｃ）に示すように、この凹凸部１９ａは、断面山型状をなす凸部２０とそれら凸部２０間に形成される凹部２１とにより構成されている。この凸部２０は前記第１実施形態の図３（ｃ）に示す凸部２０に比べて間隔が狭くなるように形成されている。

従って、第２実施形態のフィルタ１６によれば、第１実施形態のフィルタ１６に比べて繊維１８に付着して形成された油滴２３を繊維１８表面より脱離しやすくすることができる。
（第３実施形態）
次に、オイルミストセパレータ１１用のフィルタ１６の第３実施形態を図５に基づいて説明する。

図５（ａ）に示すように、繊維１８の例えば図示した下半部１８ａには繊維１８の軸線方向ｘに延びる凹凸部１９を形成し、図示した上半部１８ｂには繊維１８の円周方向ｙに延びる凹凸部１９ａを形成することができる。或いは、図５（ｂ）に示すように、繊維１８の外周面の全面に繊維１８の軸線方向ｘに延びる凹凸部１９と、繊維１８の円周方向ｙに延びる凹凸部１９ａとを組合せて形成することもできる。

この第３実施形態のフィルタ１６によれば、前記第１実施形態及び第２実施形態のフィルタ１６による効果を奏することができる。
（第４実施形態）
次いで、オイルミストセパレータ１１用のフィルタ１６の第４実施形態を図６に基づいて説明する。

図６（ａ）に示すように、繊維１８表面の凹凸部１９を皺部２４により形成することができる。この皺部２４は、例えば図６（ｂ）に示すように、中空繊維２５に外力を作用させて中空部２６を潰す方法により形成することができる。また、図６（ｃ）に示すように、中実繊維２７の表面が固化し、内部が固化していない状態とし、中実繊維２７に潰す方向の外力を作用させる方法で形成することができる。

第４実施形態のフィルタ１６によれば、繊維１８表面の凹凸部１９を容易に形成することができ、凹凸部１９による前記効果を発揮することができる。
（第５実施形態）
次に、オイルミストセパレータ１１用のフィルタ１６の第５実施形態を図７に基づいて説明する。

図７に示すように、直径が１０ｎｍ〜１０μｍ程度の極細繊維１８ｃを複数本用意し、それらの極細繊維１８ｃを撚り合わせることにより、繊維１８表面に凹凸部１９を形成することができる。この場合、各極細繊維１８ｃの種類が異なるように、例えば親油性の極細繊維１８ｃと撥油性の極細繊維１８ｃとを用い、オイルミスト２２の付着及び油滴２３の脱離を促進させることもできる。

第５実施形態のフィルタ１６によれば、所定の極細繊維１８ｃを使用して撚り合わせることにより簡単に繊維１８表面に凹凸部１９を形成することができる。しかも、親油性の極細繊維１８ｃによってオイルミスト２２を凹凸部１９に付着させ、このオイルミスト２２を撥油性の極細繊維１８ｃから脱離させることができるため、オイルミスト２２の分離効率を向上させることができる。
（第６実施形態）
次に、オイルミストセパレータ１１用のフィルタ１６の第６実施形態を図８〜図１０に基づいて説明する。

この実施形態においては、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、フィルタ１６が経繊維１８Ａと緯繊維１８Ｂとよりなる平織り物３０の積層体３１によって構成されている。
図９（ａ）に示すように、経繊維１８Ａは断面十字状に形成され、外周部には凹凸部１９が経繊維１８Ａの軸線方向に延びるように設けられている。図９（ｂ）に示すように、経繊維１８Ａ表面の凸部２０には正電荷が帯電され、凹部２１には負電荷が帯電されている。この経繊維１８Ａは、例えば中心部（図９（ｂ）の破線）に負電荷を帯電しやすいポリプロピレン繊維及び外周部に正電荷を帯電しやすいレーヨン繊維を用い、それらを同時押出成形することにより得られる。このような経繊維１８Ａを用いることにより、負に帯電されたカーボンを含有するオイルミスト２２が、その電荷とは異なる正に帯電された経繊維１８Ａの凸部２０に電気的に吸引されるようになっている。

或いは、図１０に示すように、緯繊維１８Ｂの図示した下半部１８ａに正電荷が帯電され、図示した上半部１８ｂに負電荷が帯電されるように構成することもできる。この場合には、負に帯電されたカーボンを含むオイルミスト２２は緯繊維１８Ｂの図示した下半部１８ａに付着され、オイルミスト２２はその位置で凝集して油滴２３となり、その油滴２３が肥大化し、緯繊維１８Ｂ表面からの脱離がより容易に行われるようになっている。

さて、ブローバイガスがフィルタ１６を通過するときには、図９（ｂ）の一点鎖線に示すように、負に帯電されたカーボンを含むオイルミスト２２が経繊維１８Ａ表面の正に帯電された凸部２０に電気的に吸引される。その状態が継続されると、図９（ｂ）の二点鎖線に示すように、オイルミスト２２が凝集して油滴２３となり、その油滴２３中の負電荷が経繊維１８Ａ表面の凹部２１が有する負電荷に対して電気的に反発する。従って、経繊維１８Ａ表面の油滴２３はそのような電気的な斥力によって経繊維１８Ａ表面から脱離する。

また、図示した下半部１８ａに正電荷、図示した上半部１８ｂに負電荷が帯電されている緯繊維１８Ｂを使用する場合には、図１０の一点鎖線に示すように、負に帯電されたカーボンを含むオイルミスト２２は緯繊維１８Ｂの図示した下半部１８ａに帯電された正電荷に電気的に吸引される。その後、オイルミスト２２は凝集して油滴２３となり、図１０の二点鎖線に示すように油滴２３が肥大化し、その油滴２３の重力が電気的な吸引力に打ち勝って油滴２３は緯繊維１８Ｂ表面から脱離する。

従って、第６実施形態のフィルタ１６によれば、繊維１８表面の凹凸部１９による作用、効果に加えて、繊維１８表面の凹凸部１９における電気的な作用が相乗的に作用し、オイルミスト２２を繊維１８表面の凸部２０に一層容易に付着させることができる。その上、肥大化した油滴２３やカーボンを繊維１８表面の凹凸部１９から容易に脱離させることができる。
（第７実施形態）
次に、オイルミストセパレータ１１用のフィルタ１６の第７実施形態について説明する。

フィルタ１６を構成する繊維１８として、第６実施形態における繊維１８表面の正電荷及び負電荷に代えて、繊維１８表面の凸部２０を親油性部分とし、凹部２１を撥油性部分とする。親油性部分を形成する繊維１８としては例えばポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維等が用いられ、撥油性部分を形成する繊維１８としては例えばフッ素繊維等が用いられる。この場合、オイルミスト２２は繊維１８表面の凸部２０に親和して付着し、時間の経過と共に凝集して油滴２３となり、その油滴２３がさらに肥大化して繊維１８表面の凹部２１の撥油性（非親和性）によってはじかれて脱離するように機能する。

さて、ブローバイガスがフィルタ１６を通過するときには、オイルミスト２２が繊維１８表面の親油性が付与された凸部２０に親和して付着する。その状態が継続されると、オイルミスト２２が凝集して油滴２３となり、その油滴２３が肥大化して繊維１８表面の凹部２１が有する撥油性によってはじかれる。従って、繊維１８表面の油滴２３はそのような化学的作用に基づいて繊維１８表面から脱離する。

従って、第７実施形態のフィルタ１６によれば、繊維１８表面の凹凸部１９による作用、効果に加えて、繊維１８表面の凹凸部１９における化学的な作用が相乗的に働いて、オイルミスト２２を繊維１８表面の凸部２０に一層容易に付着させることができると共に、肥大化した油滴２３を繊維１８表面の凹凸部１９から一層容易に脱離させることができる。

なお、前記実施形態を次のように変更して実施することも可能である。
・ 図１１に示すように、繊維１８を断面多角形状に形成すると共に、その多角形の各辺が円弧状に凹設されて凹部２１が形成されるように構成することもできる。

・ 図１２に示すように、繊維１８の外周面に螺旋状に延びる凹部２１を設けて凹凸部１９を形成することもできる。
・ 第１〜第５実施形態において、繊維１８として撥油性の材質のものを用いたり、撥油性の材質のものと親油性の材質のものとを混合して用いたりすることができる。

・ 第６実施形態において、経繊維１８Ａの中心部に負電荷を有し、かつ撥油性を有する繊維、外周部に正電荷を有し、かつ親油性を有する繊維を用い、凹凸部１９による効果、電荷による電気的な効果及び親油性、撥油性に基づく効果を発揮させることも可能である。

１１…オイルミストセパレータ、１２…ハウジング、１３…流入口、１４…流出口、１５…ブローバイガス流路、１６…フィルタ、１８…繊維、１９，１９ａ…凹凸部、２０…凸部、２１…凹部、２２…オイルミスト、２３…油滴、ｘ…軸線方向、ｙ…円周方向。

Claims (8)

1. オイルミスト含有ガスに含まれるオイルミストを分離するためのハウジングにはオイルミスト含有ガスの流入口及び流出口を備えると共に、前記ハウジング内には流入口から流出口へオイルミスト含有ガスが流れる流路を形成し、該流路を横切るように固定されオイルミスト含有ガス中に含まれるオイルミストを付着、油滴化するオイルミストセパレータ用のフィルタであって、
   前記フィルタは繊維により構成され、該繊維表面には凹凸部が形成されていることを特徴とするオイルミストセパレータ用のフィルタ。
2. 前記凹凸部は繊維の軸線方向に延びるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオイルミストセパレータ用のフィルタ。
3. 前記凹凸部は繊維の円周方向に延びるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のオイルミストセパレータ用のフィルタ。
4. 前記凹凸部は複数本の繊維を撚り合わせることにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオイルミストセパレータ用のフィルタ。
5. 前記凹凸部の表面にはオイルミストのもつ電荷とは異なる電荷が少なくとも帯電されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のオイルミストセパレータ用のフィルタ。
6. 前記凹凸部を構成する凸部にはオイルミストの電荷とは異なる電荷が帯電され、凹部にはオイルミストの電荷と同じ電荷が帯電されていることを特徴とする請求項５に記載のオイルミストセパレータ用のフィルタ。
7. 前記凹凸部の表面は親油性部分と撥油性部分とを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のオイルミストセパレータ用のフィルタ。
8. 前記凹凸部を構成する凸部の表面は親油性を有し、凹部の表面は撥油性を有していることを特徴とする請求項７に記載のオイルミストセパレータ用のフィルタ。

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