JP2014084730A - オイルセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブローバイガスに含まれるオイルの粒径が小さいときであっても、オイルを分離することが可能なオイルセパレータを提供する。
【解決手段】オイルセパレータ５１は、シリンダブロック１０においてシリンダの配列方向に延びる側面を覆うケース５２と、ケース５２内で上方に開口してブローバイガスを導入する第１の導入口５３１と、ケース５２からブローバイガスを排出する排出口５５とを有している。こうしたオイルセパレータ５１において、ケース５２内には第１の導入口５３１の上方の位置に突出して同導入口５３１と対向する対向壁６５を設けている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブローバイガスからオイルを分離するオイルセパレータに関する。

近年、内燃機関のクランク室に滞留するブローバイガスを吸気通路に還流させる装置が実用化されている。しかしながら、ブローバイガスは、クランク室内を飛散するオイルを含んでいるため、ブローバイガスをそのまま吸気通路に還流させると、燃焼室にてオイルが燃焼し、その消費量が増大する。そこで、特許文献１に記載の装置では、シリンダヘッドの上面とシリンダヘッドカバーとで囲まれるブリーザ室にブローバイガスを導入し、同ブローバイガスをブリーザ室の底壁に向けて指向させるようにしている。そして、ブローバイガスを底壁に衝突させ、オイルを同底壁に付着させることで気液分離した後に、同ブローバイガスを吸気通路に還流させるようにしている。

特開平１０‐３１７９４０号公報

ところで、特許文献１に記載の装置では、ブローバイガスに含まれるオイルの粒径が小さい場合、すなわち、オイルの重量が軽い場合には、ブローバイガスが底壁に衝突する前に上方に拡散してしまうおそれがある。このため、ブローバイガスからオイルを十分に分離させることができないおそれがある。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブローバイガスに含まれるオイルの粒径が小さいときであっても、オイルを分離することが可能なオイルセパレータを提供することにある。

上記課題を解決するオイルセパレータは、シリンダブロックにおいてシリンダの配列方向に延びる側面を覆うケースと、ケース内で上方に向けて開口してブローバイガスを導入する導入口と、ケースからブローバイガスを排出する排出口とを有している。そして、こうしたオイルセパレータにおいて、ケース内には導入口の上方の位置で突出し同導入口と対向する対向壁を設けている。

ブローバイガスに含まれるオイルの粒径が小さい場合には、オイルの重量が軽いため、ブローバイガスが上方に拡散し易くなる。その点、上記構成によれば、導入口の上方の位置に同導入口と対向する対向壁を設けているため、ブローバイガスが上方に拡散した場合であっても、同ブローバイガスを対向壁に接触させることができる。このように対向壁に接触したブローバイガスはその速度が一時的に低下するため、これに含まれるオイル同士が結合してその粒径が大きくなる。その結果、ブローバイガスに含まれるオイルは重力によって沈降し易くなる。したがって、上記構成によればブローバイガスに含まれるオイルの粒径が小さいときであっても、オイルを分離することができるようになる。

また、上記オイルセパレータの対向壁は、導入口と対向する壁面の両端部がその中央部よりも下方に位置する形状とするのが好ましい。
上記構成によれば、対向壁の下方にブローバイガスが滞留し易くなり、オイルの大径化が促進されることとなるため、ブローバイガスの気液分離をより効果的に行うことができる。

また、上記オイルセパレータの側面は、シリンダブロックのシリンダが形成される部分の側面であることが望ましい。
シリンダブロックでは、シリンダが形成される上方の部分の幅が、クランク室が形成される下方の部分の幅よりも狭い。そのため、上記構成のように、シリンダが形成される部分の側面にオイルセパレータを設けるようにすれば、オイルセパレータの容積を十分に確保することができる。このため、ブローバイガスに含まれるオイルが重力により沈降する時間を長くすることができ、同ブローバイガスの気液分離をより効果的に行うことができる。

また、上記オイルセパレータでは、ケースにより区画される空間は導入口が開口する第１の領域と同第１の領域よりもブローバイガスの拡散範囲が狭い第２の領域とを有し、第２の領域にはブローバイガスが導入される別の導入口を開口し、第１の領域及び第２の領域との間には下方に突出して流路面積を減少させる絞りを形成することが好ましい。

上記構成によれば、上記導入口とは別の導入口を設けているため、オイルセパレータに流入するブローバイガスの量を増大させ、より多くのブローバイガスをオイルセパレータにて処理することができる。さらにこの別の導入口をブローバイガスの拡散範囲が狭い第２の領域に開口させ、第１の領域と第２の領域との間に絞りを形成するようにしているため、同別の導入口から流入したブローバイガスが第２の領域に滞留し易くなる。このため、ブローバイガスに含まれるオイルの大径化を促進させることができる。したがって、別の導入口から流入するブローバイガスについてもその気液分離を好適に行うことができるようになる。

また、上記オイルセパレータにおいて、そのケースは、シリンダブロックに対向する面の長手方向及び短手方向における長さをそれぞれ１００ｍｍ以上に設定するとともに、長手方向及び短手方向の双方に直交する方向の長さを５０ｍｍ以上に設定する。そして、ブローバイガスが流れる流路の全長を１００ｍｍ以上とし、導入口を同導入口から流入するブローバイガスの流速が常に０．３ｍ／秒以上となる断面積に設定し、導入口とこれに対向する対向壁との距離を４０ｍｍ以内に設定するといった構成を採用することができる。

オイルセパレータの一実施形態が設けられる内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態のオイルセパレータの内部構造を示す側面図。 同実施形態のオイルセパレータにおいて採用されるオイル分離部の斜視図。

以下、オイルセパレータを具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
まず、図１を参照して、オイルセパレータが設けられる内燃機関の構成について説明する。

図１に示すように、内燃機関は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上部に設けられたシリンダヘッド２０と、シリンダヘッド２０の上面を覆うシリンダヘッドカバー３０と、シリンダブロック１０の下部に設けられたオイルパン４０とを有している。

シリンダブロック１０の上方の部分には、図１の奥行き方向に配列する複数のシリンダ１１が形成されている。各シリンダ１１には、ピストン１２が往復動可能に収容されている。ピストン１２は、コネクティングロッド１３を介してクランクシャフト１４に接続されている。

クランクシャフト１４が配設されているシリンダブロック１０の下方の部分には、同部分とオイルパン４０とによってクランク室１５が形成されている。なお、シリンダブロック１０は、下方の部分よりも上方の部分の方が、その幅（図の左右方向における長さ）が狭い。

また、内燃機関には、ピストン１２の上面、シリンダ１１、及びシリンダヘッド２０によって燃焼室１６が区画形成されている。燃焼室１６には、吸気通路２１と排気通路２２とが接続され、吸気通路２１には吸気バルブ２３が配設されるとともに、排気通路２２には排気バルブ２４が配設されている。そして、これらのバルブ２３、２４が開閉することによって、吸気通路２１及び排気通路２２と燃焼室１６とがそれぞれ連通、遮断される。また、吸気通路２１には、スロットルバルブ２５が設けられており、このスロットルバルブ２５の開度を制御することで、燃焼室１６に吸入される空気の量が調節される。

ところで、クランク室１５には、ピストン１２とシリンダ１１との間隙を通じて燃焼室１６から未燃燃料を含んだガス、いわゆるブローバイガスが漏出する。一方、オイルパン４０に貯留されているオイルは、オイルポンプによって汲み上げられて内燃機関の各潤滑部位、例えばクランクシャフト１４やコネクティングロッド１３等に供給される。そのため、こうした部位に供給されたオイルは、同部位が回転することに伴いクランク室１５内に飛散することとなる。その結果、クランク室１５には、ブローバイガスとオイルとが混在した状態となり、ブローバイガスにオイルが含まれた状態となる。

そこで、内燃機関には、ブローバイガスに含まれるオイルを分離させた後に、ブローバイガスを吸気通路２１に還流させる還流装置５００が設けられている。
還流装置５００は、シリンダブロック１０に形成されたブローバイガス通路５０を有している。ブローバイガス通路５０は、オイルセパレータ５１に接続され、クランク室１５とオイルセパレータ５１内とを連通している。オイルセパレータ５１は、シリンダブロック１０の上方の部分においてシリンダ１１の配列方向（図１の奥行き方向）に延びる側面を覆うケース５２を有している。なお、ブローバイガス通路５０と、オイルセパレータ５１との接続部がブローバイガスの導入口５３となる。

また、オイルセパレータ５１には、排出通路５４の一端が接続されている。排出通路５４の他端は、吸気通路２１においてスロットルバルブ２５の吸気下流側の部分に接続されている。この排出通路５４によって、オイルセパレータ５１内と吸気通路２１とが連通されている。なお、オイルセパレータ５１と排出通路５４との接続部がブローバイガスをオイルセパレータ５１から排出する排出口５５となる。

オイルセパレータ５１と排出通路５４との接続部分には、ＰＣＶ（ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション）バルブ５６が設けられている。ＰＣＶバルブ５６は、クランク室１５内の圧力と、吸気通路２１においてスロットルバルブ２５の吸気下流側の部分の圧力、いわゆる吸気負圧との差によってその開度が自律的に調節される差圧作動式の調節弁である。すなわち、クランク室１５内の圧力が吸気通路２１の圧力より高いときほど小さい開度となるようその開度が制御されている。そして、ＰＣＶバルブ５６が開弁することによって、オイルセパレータ５１に吸気負圧が導入され。ブローバイガスが吸気通路２１へ還流される。このように、ＰＣＶバルブ５６の開度に応じてオイルセパレータ５１から吸気通路２１に還流されるブローバイガスの流量が調整される。

また、還流装置５００は、吸気通路２１においてスロットルバルブ２５よりも吸気上流側の部分と、シリンダヘッドカバー３０内の空間とを連通する新気導入通路５７を有している。シリンダヘッドカバー３０内の空間はクランク室１５と連通しており、吸気通路２１からシリンダヘッドカバー３０内に流入した新気は、クランク室１５へと流動する。

次に、図２及び図３を参照してオイルセパレータ５１の構造について詳細に説明する。なお、図２では、その左右方向がシリンダ１１の配列方向と対応する。
図２に示すように、オイルセパレータ５１は、シリンダブロック１０においてシリンダ１１の配列方向に延びる側面を覆うケース５２を有している。ケース５２は、長手方向（図２の左右方向）に延びる多角形状の形状を有しており、シリンダブロック１０に対向する面の長手方向における長さＬ１が１００ｍｍ以上に設定されている。また、同面の短手方向（図の上下方向）における長さＬ２が１００ｍｍ以上に設定されている。そして、これら長手方向及び短手方向の双方に直交する方向（図２の奥行き方向）における長さ、すなわち、図１に示す長さＬ３が５０ｍｍ以上に設定されている。また、ケース５２により区画される空間は、第１の領域５８と、第１の領域５８よりも容積の小さい、すなわちブローバイガスが導入された際にその拡散範囲が狭い第２の領域５９とを有している。そして、第１の領域５８と第２の領域５９との間には、下方に突出した絞り６０が形成されている。そのため、この絞り６０によって、第１の領域５８と第２の領域５９との間の流路面積は小さくされている。なお、この絞り６０の下方にはオイルをオイルパンに戻すオイル導出口６１が形成されている。

また、オイルセパレータ５１とクランク室１５とは、シリンダブロック１０に設けられたブローバイガス通路５０によって連通されている。ブローバイガス通路５０は２つ形成されている。一方のブローバイガス通路５０は第１の領域５８において上方に向けて開口されるとともに、他方のブローバイガス通路５０は第２の領域５９において上方に向けて開口されている。以下では、第１の領域５８に開口したブローバイガス通路５０の開口端を第１の導入口５３１とし、第２の領域５９に開口した開口端を第２の導入口５３２とする。なお、第１の導入口５３１が導入口に相当し、第２の導入口５３２が別の導入口に相当する。そして、第１及び第２の導入口５３１、５３２の断面積は、これら導入口５３１、５３２からケース５２内に流入するブローバイガスの流速が常に０．３ｍ／秒以上となるように設定されている。また、第１の領域５８には、ブローバイガスに含まれるオイルを分離させるオイル分離部６２が設けられている。

図３に示すように、オイル分離部６２は、迷路状の流路が形成されたラビリンス部６３と、ラビリンス部６３と連通するサイクロン部６４と、サイクロン部６４の外壁に設けられた対向壁６５とを有している。ラビリンス部６３では、ブローバイガスが蛇行して流れるようにその流れ方向を変更することで気液分離が行われ、サイクロン部６４ではブローバイガスを旋回させることで気液分離が行われる。また、ラビリンス部６３には、オイルセパレータ５１内のブローバイガスが流入する流入口６６が形成されている。この流入口６６からオイル分離部６２に流入したブローバイガスは、ラビリンス部６３、サイクロン部６４、排出口５５、ＰＣＶバルブ５６を経て排出通路５４から吸気通路２１へと還流される。なお、オイルセパレータ５１において導入口５３から排出口５５までのブローバイガスの流路長は、その全長が１００ｍｍ以上となるように設定されている。

なお、ラビリンス部６３及びサイクロン部６４において分離されたオイルは、オイル排出部６７によってケース５２内の空間へ排出される。そして、こうして排出されたオイルは、オイル導出口６１からオイルパン４０へ戻される。

対向壁６５は、第１の導入口５３１の上方に位置し、サイクロン部６４の外壁からシリンダブロック１０の側面に向けて突出している。対向壁６５において導入口５３１と対向する壁面６８は、その中央部６９が第１の導入口５３１の開口面と平行に延び、両端部７０が第１の導入口５３１を覆うように鉛直方向下方に湾曲している。換言すれば、同壁面６８の両端部７０がその中央部６９よりも下方に位置する形状となっている。そして、同壁面６８から第１の導入口５３１までの距離は、４０ｍｍ以内に設定されている。

次に、本実施形態のオイルセパレータ５１の作用について説明する。
クランク室１５のブローバイガスは、ＰＣＶバルブ５６が開弁されると、ブローバイガス通路５０を通じてオイルセパレータ５１に導入される。このとき、オイルセパレータ５１に導入されたブローバイガスに含まれるオイルの粒径が小さい場合には、オイルの重量が軽いため、ブローバイガスが上方に拡散し易い。ここで、第１の導入口５３１の上方の位置には、同導入口５３１と対向する対向壁６５が設けられている。そのため、ブローバイガスが上方に拡散した場合であっても、ブローバイガスが対向壁６５と接触することとなる。そして、このようにブローバイガスが対向壁６５に接触すると、その速度が一時的に低下するため、ブローバイガスに含まれるオイル同士が結合してその粒径が大きくなる。その結果、ブローバイガスに含まれるオイルの重量が増大し、重力によって沈降し易くなる。

なお、このとき、対向壁６５は、第１の導入口５３１と対向する壁面６８の両端部７０がその中央部６９よりも下方に位置する形状となっている。そのため、第１の導入口５３１から上方に流動したブローバイガスは一旦下方に流れることとなり、対向壁６５の下方にブローバイガスが滞留し易くなる。その結果、第１の導入口５３１から導入されたブローバイガス同士が衝突する、換言すれば、ブローバイガスに含まれるオイル同士が結合することとなり、オイルの大径化が促進される。

また、対向壁６５と第１の導入口５３１との距離が４０ｍｍ以内であり、第１の導入口５３１からブローバイガスが常に０．３ｍ／秒以上の流速で導入されるため、ブローバイガスが対向壁６５と接触し易くなり、オイルの大径化をより促進することができる。

一方、第２の導入口５３２から導入したブローバイガスは、第１の領域５８よりもブローバイガスの拡散範囲が狭い第２の領域５９に導入される。このとき、第１の領域５８と第２の領域５９との間には、下方に突出し流路面積を減少させる絞り６０が形成されている。そのため、第２の領域５９から第１の領域５８へと流出するブローバイガスの流量が制限され、ブローバイガスが第２の領域５９に滞留する時間が長くなる。こうしてブローバイガスの滞留時間が長くなると、ブローバイガス同士が接触する機会が増大するため、ブローバイガスに含まれるオイル同士が結合してその大径化が促進される。

そして、こうして大径化されたオイルを含むブローバイガスは、ケース５２によって区画された空間内に滞留する。ケース５２は、シリンダブロック１０のシリンダ１１が形成される部分の側面に取り付けられている。ここで、シリンダブロック１０では、シリンダ１１が形成される上方の部分の幅が、クランク室１５が形成される下方の部分の幅よりも狭い。そのため、オイルセパレータ５１は、その容積を十分に確保することができる。その結果、ブローバイガスが滞留する際に、ブローバイガスに含まれるオイルが重力により沈降する時間を長くすることができ、同ブローバイガスの気液分離がより効果的に行われる。なお、こうして滞留したブローバイガスは、更にラビリンス部６３及びサイクロン部６４を通過して吸気通路２１へ還流される。したがって、これらラビリンス部６３及びサイクロン部６４によってもブローバイガスの気液分離を図ることができる。

また、第２の導入口５３２は、０．３ｍ／秒以上の流速で上方に向けてブローバイガスを導入させる。そのため、第２の領域５９の上方の壁面には、ブローバイガスが衝突してオイルが付着する。そして、こうして付着したオイルは、ブローバイガスの流れによってその流れ方向下流側へと運ばれ、絞り６０が形成された位置へ到達する。絞り６０に到達したオイルは、その部分で集まり、重力によって下方へ滴下することとなる。そして、絞り６０がオイル導出口６１の上方に形成されているため、滴下したオイルがオイル導出口６１からオイルパン４０へ効率よく戻される。

以上説明した一実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、ブローバイガスが上方に拡散した場合であっても、同ブローバイガスを対向壁６５に接触させ、ブローバイガスの速度を一時的に低下させることができる。そのため、ブローバイガスに含まれるオイルの粒径を大径化して、ブローバイガスに含まれるオイルを重力によって沈降し易くすることができる。したがって、ブローバイガスに含まれるオイルの粒径が小さいときであっても、オイルを分離することができるようになる。

（２）本実施形態では、対向壁６５の下方にブローバイガスが滞留し易くなり、オイルの大径化が促進されることとなるため、ブローバイガスの気液分離をより効果的に行うことができる。

（３）本実施形態では、シリンダ１１が形成される部分の側面にオイルセパレータ５１を設けているため、オイルセパレータ５１の容積を十分に確保することができる。そのため、ブローバイガスに含まれるオイルが重力により沈降する時間を長くすることができ、同ブローバイガスの気液分離をより効果的に行うことができる。

（４）本実施形態では、第１の導入口５３１と第２の導入口５３２とを設けているため、オイルセパレータ５１に流入するブローバイガスの量を増大させ、より多くのブローバイガスをオイルセパレータ５１にて処理することができる。さらに第２の導入口５３２をブローバイガスの拡散範囲が狭い第２の領域５９に開口させ、第１の領域５８と第２の領域５９との間に絞り６０を形成するようにしているため、第２の導入口５３２から流入したブローバイガスが第２の領域５９に滞留し易くなる。このため、ブローバイガスに含まれるオイルの大径化を促進させることができ、第２の導入口５３２から流入するブローバイガスについてもその気液分離を好適に行うことができるようになる。

なお、上記一実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、第１の導入口５３１及び第２の導入口５３２において、その両方の断面積をブローバイガスの流速が常に０．３ｍ／秒以上となるように設定したが、第１の導入口５３１のみブローバイガスの流速が常に０．３ｍ／秒以上となるように設定してもよい。

・上記実施形態では、ケース５２においてシリンダヘッド２０に対向する面の長手方向及び短手方向における長さをそれぞれ１００ｍｍ以上に設定するとともに、長手方向及び短手方向の双方に直交する方向の長さが５０ｍｍ以上に設定した。また、ブローバイガスが流れる流路の全長を１００ｍｍ以上とし、導入口５３の断面積を同導入口５３から流入するブローバイガスの流速が常に０．３ｍ／秒以上となるように設定した。そして、第１の導入口５３１とこれに対向する対向壁６５との距離を４０ｍｍ以内に設定した。しかし、ケース５２の大きさや、ブローバイガスの流路長、導入口５３の断面積は適宜変更することができ、また導入口５３と対向壁６５との距離の設定条件については、上記以外の条件としてもよい。

・上記実施形態では、第２の導入口５３２を第２の領域５９に開口させたが、第１の領域５８に開口させるようにしてもよい。
・上記各実施形態では、導入口５３を２つ設けたが、１つであってもよいし、３つ以上設けるようにしてもよい。

・上記実施形態では、シリンダブロック１０においてシリンダ１１が形成される上方の部分の側面にオイルセパレータ５１を設けるようにしたが、オイルセパレータ５１の容積を十分に確保することができるのであれば、クランク室１５が形成される下方の部分の側面に設けるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、オイル分離部６２としてラビリンス部６３とサイクロン部６４とを設けたが、こうした構成は省略してもよい。なお、こうした場合には、シリンダブロック１０の側面から対向壁６５を突出させてもよいし、ケース５２に対向壁６５を形成するようにしてもよい。また、対向壁６５を別に設けて、シリンダブロック１０又はケース５２に固定するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、対向壁６５において第１の導入口５３１と対向する壁面６８の形状を、その中央部６９が第１の導入口５３１の開口面と平行に延びるとともに、両端部７０が第１の導入口５３１を覆うように鉛直方向下方に湾曲する形状とした。しかし、壁面６８の形状としては、例えば、中央部６９を頂点として端部７０側になるほど下方に位置するよう直線的に変化する山型の形状や、端部７０側になるほど下方に位置するよう曲線的に変化する半球状等、他の形状とするようにしてもよい。また、同壁面６８を導入口５３の開口面と平行に形成するようにしてもよい。

１０…シリンダブロック、１１…シリンダ、１２…ピストン、１３…コネクティングロッド、１４…クランクシャフト、１５…クランク室、１６…燃焼室、２０…シリンダヘッド、２１…吸気通路、２２…排気通路、２３…吸気バルブ、２４…排気バルブ、２５…スロットルバルブ、３０…シリンダヘッドカバー、４０…オイルパン、５０…ブローバイガス通路、５１…オイルセパレータ、５２…ケース、５３…導入口、５４…排出通路、５５…排出口、５６…ＰＣＶバルブ、５７…新気導入通路、５８…第１の領域、５９…第２の領域、６０…絞り、６１…オイル導出口、６２…オイル分離部、６３…ラビリンス部、６４…サイクロン部、６５…対向壁、６６…流入口、６７…オイル排出部、６８…壁面、６９…中央部、７０…端部、５００…還流装置、５３１…第１の導入口、５３２…第２の導入口。

Claims (5)

1. シリンダブロックにおいてシリンダの配列方向に延びる側面を覆うケースと、前記ケース内で上方に向けて開口してブローバイガスを導入する導入口と、前記ケースからブローバイガスを排出する排出口とを有し、前記ケース内には前記導入口の上方の位置で突出し同導入口と対向する対向壁が設けられてなるオイルセパレータ。
2. 前記対向壁は、前記導入口と対向する壁面の両端部がその中央部よりも下方に位置する形状を有してなる
   請求項１に記載のオイルセパレータ。
3. 前記側面は、前記シリンダブロックの前記シリンダが形成される部分の側面である
   請求項１又は請求項２に記載のオイルセパレータ。
4. 前記ケースにより区画される空間は前記導入口が開口する第１の領域と前記第１の領域よりもブローバイガスの拡散範囲が狭い第２の領域とを有し、前記第２の領域にはブローバイガスが導入される別の導入口が開口され、前記第１の領域及び前記第２の領域との間には下方に突出して流路面積を減少させる絞りが形成されてなる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のオイルセパレータ。
5. 前記ケースは、前記シリンダブロックに対向する面の長手方向及び短手方向における長さがそれぞれ１００ｍｍ以上に設定されるとともに、長手方向及び短手方向の双方に直交する方向の長さが５０ｍｍ以上に設定され、
   前記ブローバイガスが流れる流路の全長が１００ｍｍ以上であり、
   前記導入口は、同導入口から流入するブローバイガスの流速が常に０．３ｍ／秒以上となる断面積に設定され、
   前記導入口とこれに対向する前記対向壁との距離が４０ｍｍ以内に設定されてなる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のオイルセパレータ。