JP2011513647A - 燃焼ガスに含まれるオイルを回収するための改善された効率を有する装置 - Google Patents

Abstract

エンジンから排出される燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置は、流入ガスのための少なくとも１つのオリフィス（６）と、流入ガス流路（１０）と、少なくとも１つの排出オリフィスと、流入ガス流路（１０）を閉じる壁（１２）と、壁（１２）に付着されるオイルを回収する回収路（１４）と、流入ガス流路（１０）から回収路（１４）を分離する仕切りを含み、流入ガス流路（１０）は、第１シリンダ（１６）により区画形成され、オイル回収路（１４）は、第１シリンダ（１６）および第１シリンダ（１６）を囲む第２シリンダ（１８）により区画形成され、仕切りは、第１シリンダ（１６）により形成され、壁（１２）は、第２シリンダ（１８）の末端壁を形成している。
【選択図】図４

Description

この発明は、燃焼ガス中に含まれるオイルを回収するための改善された効率を有する装置およびそのような装置を含む内燃機関に関する。

内燃機関の作動中、燃焼ガスが漏出するが、このガスは、ブローバイガスとも呼ばれ、特に、従来のピストンリング、ターボチャージャー軸受およびバルブステムガスケットで発生する。このガスは、確実に燃焼されるように吸気口へ再投入するために回収される。

残念ながら、このガスには、オイル、特に、１以上のカムシャフトやバルブを有する吸気及び排気機構の潤滑オイルが充満している。
エンジンのオイル消費を減らし、排気ガス汚染を減らすために、ブローバイガスにより運ばれるオイルや、また、エンジンの駆動部分により吐き出されるオイルは、その大部分が、エンジンの吸気口へ投入されるオイルから分離されたブローバイガスとともに、油受けに回収される。

オイルは、デカンタ装置とも呼ばれて、通常、シリンダヘッドカバーに配置されている分離装置によりブローバイガスから抽出される。
例えば、この分離装置は、バッフルを構成する壁に衝突するガスにより搬送される油滴とともに、ブローバイガスが流入するバッフルを備える１または２のチャンバを有している。これら油滴は、重力のもとで、壁に沿って流下し、油回路に収集され回収される。

この装置は、第１のオイル回収が実行される第１チャンバと、これに続く、第２のオイル回収が実行されるより大きいサイズの第２チャンバを備えている。２つのチャンバを有することで、より効率化された分離の達成を可能にする。

油滴は、ブローバイガスにより分離回収装置に運ばれる、または、例えば、散布給油されるカムシャフトにより分離回収装置内に投入される。
例えば、そのような装置のひとつとして、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１には、ブローバイガスからオイルを分離回収する装置が記載され、ブローバイガスは、装置の頂部において、バッフルを介して、まず第１に、チャンバの頂壁に開口されるブローバイガス排出オリフィスに、第２に、チャンバの中央に鉛直方向に伸びてガスに含まれるオイルを回収するための流路にそれぞれ通じているチャンバ内へ運ばれる。
全体的に、公知の装置は、納得し得るものである。

英国特許２４４１４０４号

しかしながら、キャビンのサイズを増加するために、および/または、エンジンコンパートメントに新しいシステム、特に、安全システムを追加するために、エンジンコンパートメント及びエンジン自体に割り当てられる自動車のスペースが削減されるので、このような装置も、より一層小さなスペースを占有する。そして、エンジンと回収装置との交差部分に形成されるブローバイガスの捕集部は、その流量と比較して小さい。

ガスは、回収装置、特に、第１チャンバを高速で通り、その結果、この第１チャンバで回収された油滴が重力のもとで落下するときに、その油滴は、ブローバイガスにより再搬送される。これらの油滴は、第１チャンバの壁に衝突したとき、微細な油滴へ粉砕される。残念なことに、このような微細な油滴は、ブローバイガスから分離するのは困難である。これらの油滴は、回収装置の壁に衝突することなしに、ガスにより搬送され続けることができるほど、かなり小さな直径を有するため、装置内に残って吸入口に再噴射されるガスもオイルで充満され、エンジンによるオイル消費を増加させる。

したがって、本発明の目的は、コンパクトであるとともに、改善された効率を有するオイル分離／回収装置を提供することである。

上記目的は、第１回収チャンバ及び第２回収チャンバを含み、第１チャンバがブローバイガスからのオイルの第１分離を実行するオイル回収手段を有する、ブローバイガスに含まれるオイルを回収するための装置により達成される。
回収されたオイルは、第１チャンバの上流側にあるエンジンの油回路へ再注入されることが好ましい。

このように、少なくとも、回収されるオイルの大部分は、ブローバイガスにより搬送されることなくエンジンの油回路へ戻される。
言い換えれば、ブローバイガスが第１チャンバの壁に衝突する結果、その壁の上に生じるオイルのための流路が設けられており、この流路は、エンジンから直接出るブローバイガスのための流路と物理的に分離されている。

特に好ましい方法として、ブローバイガスが一定量のオイルを通過するように構成され、その通路は、ガスにより搬送される油滴を、一定量のオイル内に留まらせる。この一定量のオイルは、回収されたオイルで供給されることが好ましい。

このように、本願発明は、流入ガスのための少なくとも１つの補集オリフィスと、流入ガス流路と、少なくとも部分的に脱オイル化された燃焼ガスのための排出オリフィスと、前記流入ガス流路を閉じる壁と、前記壁に付着されるオイルを回収する回収路と、前記流入ガス流路から前記回収路を分離する仕切りを含み、前記流入ガス流路は、第１シリンダにより区画形成され、オイルを回収する前記回収路は、前記第１シリンダおよび前記第１シリンダを囲む第２シリンダにより区画形成され、前記仕切りは、前記第１シリンダにより形成され、前記壁は、前記第２シリンダの末端壁を形成し、前記末端壁と前記末端壁に対向する前記第１シリンダの一端との間に通路が区画形成されることを特徴とする、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置を提供する。

好ましくは、壁は、凹面であり、少なくとも第２シリンダの一部に連続的に接続され、これにより、油滴が良好に流れるようになる。
前記捕集オリフィスを取り囲み、前記第１シリンダから径方向外方へ延びる溝を含み、前記末端壁から離れた前記第２シリンダの端に対応して通路が設けられていてもよい。
変形例として、前記溝は、回収されたオイルを前記ガス捕集オリフィスの上流側で前記エンジンへ戻すための排出孔を有することもできる。
好ましくは、前記溝は、一定量のオイルを格納し、強制的に前記燃焼ガスを前記一定量のオイルに通過させ、このような流路により、さらなるオイル回収が達せられる。
前記第１シリンダおよび前記第２シリンダは、第１チャンバの外壁を形成する第３シリンダにより取り囲まれ、前記第３シリンダは、前記溝を形成する前記第１シリンダと接続され、
さらに、前記回収路および前記溝により前記流入ガス流路と接続されると共に前記燃焼ガスのためのバッフルを含み且つ前記エンジンの吸気口に接続された第２チャンバを含んでもよい。
実施形態においては、オイル回収装置は、前記第２チャンバと並列に接続される３つの第１チャンバを含む。
好ましくは、このオイル回収装置は、プラスチック素材から成形により製造される２つの部材を備え、第１の部材は、前記第１シリンダ、前記第３シリンダ、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間のリンクダクトの底部および前記第２チャンバの底部を含み、第２の部材は、前記第２シリンダ、前記リンクダクトの頂部、前記第２チャンバの頂部及び前記バッフルを含む。
また、この発明は、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置を含む内燃機関であって、回収装置は、シリンダヘッドカバーに密封して固定され、エンジンに接続されて、前記エンジンから出た前記燃焼ガスを補集し、前記燃焼ガスから回収される前記オイルを戻し、排出される前記燃焼ガスを前記エンジンの吸気口へ再投入することを特徴とする内燃機関も提供する。

図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、この発明の実施形態に係る回収装置の全体が示される、上方からみた斜視図および平面図である。 図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、図１Ａおよび図１Ｂに係る回収装置を示す、下方からみた斜視図および底面図である。 第２チャンバの底部が取り除かれた状態の図２Ｂと同一の回収装置を下方からみた底面図である。 この発明の装置を示す図３のＡ−Ａ断面図である。 運転中における図４の一部を示す拡大図である。

図４および図５には、本発明の実施形態に係る回収装置の断面図が示されている。この回収装置は、主チャンバとして参照される、第１オイル分離／回収チャンバ２と、第２オイル分離／回収チャンバ４を備えている。
以下の説明では、分離／回収装置は、単に、回収装置として記載される。
本発明の回収装置は、シリンダヘッドカバー８の下に配置され、ピストンリングを介して漏れるブローバイガスを捕集するための少なくとも１つのオリフィス６を含む。このオリフィス６は、この装置の入口を形成する。

図１Ａ〜３に示される実施形態において、この装置は、シリンダヘッドカバー８に沿って並列に配置され、それぞれガスを収集する、３つのガス捕集オリフィス６、１０６、２０６を有している。
各オリフィス６、１０６、２０６は、それぞれ、他のオリフィスのチャンバとは異なる第１チャンバ２、１０２、２０２に接続されている。なお、第１チャンバ２、１０２、２０２は、構造が類似しているため、それらのうちの１つを詳細に説明する。

第１チャンバ２は、流入するブローバイガスを送るための第１ダクト１０と、ガスの流れる方向において捕集オリフィス６と反対側の壁であり、ガスが衝突して、特に、少なくとも一部に油滴が付着する壁１２と、壁１２に付着するオイルを流入ガスから隔離しながら送るための第２ダクト１４を有する。

このため、第１ダクトは、この装置のさらに内部に配置され且つ捕集オリフィス６から衝突壁１２へ向かって延びている第１シリンダ１６の内面により区画形成される。第２ダクト１４は、第１シリンダ１６の外面および第１シリンダを囲む第２シリンダ１８の内面により区画形成され、第２シリンダ１８は、衝突壁１２から延びて衝突壁１２とともに協働し、捕集オリフィスへ向かって実質的に連続面を形成している。第３シリンダ１９は、第２シリンダを囲むように、第２シリンダの外側に設けられ、第１チャンバ２の外壁を形成している。

矢印２０は、この装置を通るガスがたどる経路を示している。
ガスにより搬送される油滴は、壁１２に衝突して付着した後、重力により、第２ダクト内を第２シリンダに沿って流れる。それらの油滴は、第１シリンダ１６により流入ガスから分離される。
少なくとも部分的にオイルが分離されたガスは、はじめに、第１シリンダ１６、第２シリンダ１８及び第３シリンダ１９により区画形成されているバッフル２４を通過し、その後、リンクダクト２２を介して主チャンバ４に到達する。

衝突壁は、重力により、第２シリンダの内面の外方へ向かって流れが生じるように、半アーチ形状を形成することが好ましく、また、油滴が流入ガスの中に鉛直に落ちることを避けることが好ましい。当然のことながら、水平な壁または完全なアーチ状の壁は、この発明の範囲を超えるものではなく、この場合でも、流入ガス中に鉛直に落ちる油滴は、当技術分野の装置と比べて減少される。

一般的に、衝突壁は、油滴がその表面に沿って流れることを促す連続面を形成するように、凹面形状であり、少なくとも第２シリンダ１８の一部に接続されることが好ましい。
複数のシリンダは、任意の形状の断面であってもよい。この実施形態では、シリンダは、ほぼ矩形状の断面である。
しかしながら、３つのシリンダは、オイルとガスが、主チャンバ４へ向かう途中で一様に収集されることを確実にするために、形状的に類似している断面を持つように選択されることが好ましい。

この実施形態では、直列に接続された２つのチャンバが物理的に存在しているが、当然、本発明の手段がチャンバの入口に配置され、従来の仕切りがガスの流れる方向に対して分離手段の下流側に配置される迷路を形成するような１つのチャンバのみでもよいと解釈されるべきである。

第１及び第３シリンダは、収集されるオイルが格納される溝２６を形成するように、それらの底部でともに接続されている。
図示した実施形態では、溝２６は、オイルがエンジンへ供給されるように、排出孔２８を有している。これらの排出孔２８は、ブローバイガスの流れの経路に隣接しており、収集されたオイルが、ブローバイガスによって直接運ばれることを防止する。
排出孔２８のサイズ及びエンジンの運転速度の機能に従って、一定量のオイルが溝２６の中に格納され、ブローバイガスは、主チャンバへ向かって排出される際に、この一定量のオイルを通過する。ブローバイガスが通過するときに、ガス中に依然として含まれるオイルが捕集される。
溝２６の底部に排出孔を開けなくてもよく、この場合、一定量のオイルＶが、常に確保される。

このような方法で第１チャンバに注がれるオイルは、デカンタ装置の本体内を、連続的な流れまたは複数の塊の形態で流通する。そして、この形態のオイルは従来のバッフルデカント装置により適切に処理される。

図示した実施形態では、右側の内部シリンダは、左側の内部シリンダよりも低い。そのとき、低い方のシリンダがより少ないヘッド損失を示すので、ブローバイガスは、より低い方のシリンダ側から出る傾向がある。アーチ型の傾斜を有しているので、回収されたオイルは、一番高いシリンダ側から流れる傾向がある。この構造によって、オイルがブローバイガスに接触する危険性を減らし、また、その結果、すでに分離されているオイルを運び去る危険性も減らされる。

この発明の分離装置の作用を以下に述べる。
矢印２０により表わされ、ピストンリングを介してエンジンから漏出するブローバイガスには、エンジンの駆動部品を潤滑するために使用されるオイルが充満され、このブローバイガスは、オリフィス６を介してシリンダヘッドカバーを通過し、第１チャンバ２、特に第１シリンダ１６に流れ込む。

その後、ブローバイガスは、半アーチ型の壁１２に衝突し、オイルが油滴の形状でその壁に付着される。
油滴は、重力により、半アーチ型の壁１２に沿って流れ、さらに、第２シリンダ１８の内面上を流れて溝２６に到達する。
このオイルは、排出孔２８を介してエンジンに戻される。

このような方法で部分的にオイルが分離されたブローバイガスも、第１シリンダ１６及び第２シリンダ１８の間を通過し、溝２６により形成されるバッフルを介して通過する。
ここで、その溝がオイルを含むならば、このオイルを通過するガスは、搬送するオイルの多くを失う。

それから、ガスは、第２シリンダ１８及び第３シリンダ１９の間に形成される通路に沿って進み、さらに、リンクダクト２２に沿って進んで主チャンバ４に到達する。主チャンバ４において、ガスは、一連のバッフル２３を介して進み、これにより、搬送していたより多くの残余オイルをガスから失わせることができる。

オイルの収集やガスの流れが、第１チャンバ２の周縁全体にわたって生じることを認識することができるだろう。
図１Ａ〜３に示される実施形態に見られるように、オイル回収装置は、シリンダヘッドカバーの全長に沿って並列に配置されている３つの第１チャンバ２、１０２、２０２を有している。しかしながら、この数は、限定されず、エンジン特性の機能により変更することができる。

これら３つの第１チャンバ２、１０２、２０２は、図３に表わされる主チャンバ４の内部、特に、残余オイルを回収するための複数のバッフル２３を備えるそれぞれのリンクダクト２２、１２２、２２２を介して１つの主チャンバ４に接続されている。
主チャンバ４は、全部または一部が脱オイル化されたブローバイガスのための排出オリフィス３０を備えており、そのオリフィスは、主チャンバ４の頂部に設けられ、ガスが燃焼されるエンジンの入口に接続する端部３２を有する。また、主チャンバ４は、収集されたオイルをエンジンへ戻すために、シリンダヘッドカバー及びシリンダヘッドを貫通するパイプ３６の端部に配置される複数の排出オリフィス３４を有する。

例えば、オイル回収装置は、プラスチック素材から形成され、好ましくは、成形により製造される。このため、オイル回収装置は、第１シリンダ１６、第３シリンダ１９、リンクダクト２２の底部及び主チャンバ４の底部を含む底部部材３８と、第２シリンダ、リンクダクトの頂部、主チャンバ４の頂部及びバッフル２３を含む第２部材からなる２つの部材として製造される。

１以上のガスケット４２が、第１部材３８と第２部材４０の間に介在されている。また、回収装置とシリンダヘッドカバーの間、特に、溝２６の底部とシリンダヘッドカバーの間にも、ガスケット４４が設けられている。例えば、第１チャンバ２内にブローバイガスを流入するオリフィスを囲む溝４６が、溝２６の底部の外側に設けられている。

第１部品及び第２部品は、例えば、プラスチック素材を溶融することにより、あるいは、スナップ留めをすることにより、互いに固定される。
成形による製造は、装置の生産コストを減らすことができる。一例として、装置は、グラスファイバを含むポリアミドまたはポリプロピレン、グラスファイバを含まないポリアミドまたはポリプロピレンで製造することができる。

ブローバイガスに含まれるオイルを回収する装置は、ガスをこの装置に入れることにより、回収されたオイルの直接的な再投入を逐次可能にし、これにより、ガス流からの分離が困難である微細な油滴の形成が回避される。

Claims (9)

1. 流入ガスのための少なくとも１つの補集オリフィス（６、１０６、２０６）と、
   流入ガス流路（１０）と、
   少なくとも部分的に脱オイル化された燃焼ガスのための排出オリフィス（３０）と、
   前記流入ガス流路（１０）を閉じる壁（１２）と、
   前記壁に付着されるオイルを回収する回収路（１４）と、
   前記流入ガス流路（１０）から前記回収路（１４）を分離する仕切りを含み、
   前記流入ガス流路（１０）は、第１シリンダ（１６）により区画形成され、オイルを回収する前記回収路（１４）は、前記第１シリンダ（１６）および前記第１シリンダ（１６）を囲む第２シリンダ（１８）により区画形成され、前記仕切りは、前記第１シリンダ（１６）により形成され、前記壁（１２）は、前記第２シリンダ（１８）の末端壁を形成し、前記末端壁と前記末端壁に対向する前記第１シリンダ（１６）の一端との間に通路が区画形成されることを特徴とする、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置。
2. 前記壁（１２）は、凹面であり、少なくとも前記第２シリンダ（１８）の一部に連続的に接続される請求項１に記載の、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置。
3. 前記捕集オリフィス（６）を取り囲み、前記第１シリンダ（１６）から径方向外方へ延びる溝（２６）を含み、前記末端壁から離れた前記第２シリンダ（１８）の端に対応して通路が設けられる請求項１または２に記載の、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置。
4. 前記溝（２６）は、回収されたオイルを前記ガス捕集オリフィス（６）の上流側で前記エンジンへ戻すための排出孔（２８）を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置。
5. 前記溝（２６）は、一定量のオイル（Ｖ）を格納し、強制的に前記燃焼ガスを前記一定量のオイル（Ｖ）に通過させる請求項３または４に記載の、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置。
6. 前記第１シリンダ（１６）および前記第２シリンダ（１８）は、第１チャンバ（２）の外壁を形成する第３シリンダ（１９）により取り囲まれ、前記第３シリンダ（１９）は、前記溝（２６）を形成する前記第１シリンダ（１６）と接続され、
   さらに、前記回収路（１４）および前記溝により前記流入ガス流路（１０）と接続されると共に前記燃焼ガスのためのバッフル（２３）を含み且つ前記エンジンの吸気口へ接続されている第２チャンバ（４）を有する請求項３〜５のいずれか一項に記載の、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置。
7. 前記第２チャンバ（４）と並列に接続された３つの第１チャンバ（２、１０２、２０２）を有する請求項６に記載の、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置。
8. プラスチック素材から成形により製造される第１部材（３８）および第２部材（４０）を備え、
   前記第１部材（３８）は、前記第１シリンダ（１６）、前記第３シリンダ（１９）、前記第１チャンバ（２）と前記第２チャンバ（４）との間のリンクダクト（２２）の底部および前記第２チャンバ（４）の底部を含み、
   前記第２部材（４０）は、前記第２シリンダ（１８）、前記リンクダクト（２２）の頂部、前記第２チャンバ（４）の頂部及び前記バッフル（２３）を含み、
   前記第１部材（３８）と前記第２部材（４０）の間に封止手段（４２）が配置された請求項６または７に記載の、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の、エンジンを出て前記エンジンの吸気口に移動する燃焼ガス中に含まれるオイルの回収装置を含む内燃機関であって、前記回収装置は、シリンダヘッドカバー（８）に密封して固定され、前記エンジンに接続されて、前記エンジンから出た前記燃焼ガスを補集し、前記燃焼ガスから回収される前記オイルを戻し、排出される前記燃焼ガスを前記エンジンの吸気口へ再投入することを特徴とする内燃機関。

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