JP2016075155A - オイル除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、正極と負極との間に配置されたフィルタにオイル粒子を捕集するオイル除去装置において、凝縮水による電極間の導通を抑制することを目的とする。【解決手段】ブローバイガスの流れ方向に延びる正極と負極とを有する電極と、絶縁体によって形成され、電極の正極と負極との間に配置されたフィルタと、がケース内に収容されている。また、車両に搭載された際に、ケース内において、電極およびフィルタが水平方向に並んで配置され、且つ、該ケースの下方内壁面と電極およびフィルタとの間にブローバイガスが流れる空間が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関のブローバイガスに含まれるオイル粒子（オイルミスト）を除去するオイル除去装置に関する。

従来、内燃機関において、ブローバイガス通路を通してクランクケースから吸気系にブローバイガスを還流させる技術が知られている。ブローバイガス通路には、ブローバイガスに含まれるオイル粒子を除去するオイル除去装置が設けられている。例えば、特許文献１には、パルス駆動される高電圧コロナ放電電極によって作り出される電界内にイオン化されたオイルミストを集めるコレクタ電極を有する静電式集塵器が開示されている。

また、非特許文献１には、クリーンルームのクリーンエレベータに用いられる微粒子除去ユニットが開示されている。この除去ユニットは、主にオイルに由来すると考えられる微粒子を誘電フィルタ方式により除去するものである。この除去ユニットは、平行平板電極の正極と負極との間に誘電体繊維層の不織布を充填した構造を有している。そして、電極に電圧を印加することで不織布において誘電分極を生じさせ、帯電粒子に働くクーロン力に加えて、繊維と微粒子との間に働く誘電分極力を利用して微粒子を不織布に捕集する。

特開２００５−３３４８７６号公報

日本エアロゾル学会，ｖｏｌ．１４ Ｎｏ．４，３３８−３４７（１９９９）

内燃機関のブローバイガス通路を流れるブローバイガスに含まれるオイル粒子を除去するオイル除去装置にフィルタの誘電分極を利用した方式を採用した場合、オイル除去装置は、ブローバイガスの流れ方向に延びる正極と負極との間に絶縁体で形成されたフィルタが配置された構成となる。このような構成では、電極に電圧が印加されることでフィルタにおいて誘電分極が生じ、フィルタ内を流れるオイル粒子に誘電分極力が作用する。また、ブローバイガスに含まれるオイル粒子の多くは帯電しており、電極に電圧が印加されると、帯電しているオイル粒子には誘電分極力に加えてクーロン力が作用する。その結果、オイル粒子がフィルタに捕集され、ブローバイガスからオイル粒子が除去される。

ここで、ブローバイガスには水分が含まれている。そのため、オイル除去装置内において、ブローバイガス中の水分が凝縮することで凝縮水が生成される場合がある。上記のような構成のオイル除去装置内において凝縮水が生成されると、該凝縮水がフィルタ内で拡がることで電極間が導通する虞がある。凝縮水によって電極間が導通すると、消費電力の増加を招くことになる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、正極と負極との間に配置されたフィルタにオイル粒子を捕集するオイル除去装置において、凝縮水によって電極間が導通することを抑制することである。

本発明では、オイル除去装置が車両に搭載された際に、ケース内において、電極およびフィルタが水平方向に並んで配置される。そして、ケース内において、該ケースの下方内壁面と電極およびフィルタとの間にブローバイガスが流れる空間が形成されている。

より詳しくは、本発明に係るオイル除去装置は、
内燃機関のブローバイガス通路を流れるブローバイガスに含まれるオイル粒子を除去するオイル除去装置であって、
ブローバイガスの流れ方向に延びる正極と負極とを有する電極と、
絶縁体によって形成され、前記電極の正極と負極との間に配置されたフィルタと、
前記電極および前記フィルタを収容するケースと、
前記電極へ電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
車両に搭載された際に、前記ケース内において、前記電極および前記フィルタが水平方向に並んで配置されており、且つ、該ケースの下方内壁面と前記電極および前記フィルタとの間にブローバイガスが流れる空間が形成されている。

フィルタ内で生成された凝縮水は重力方向の下方に移動する。ここで、本発明では、オイル除去装置が車両に搭載された際に、ケース内において電極およびフィルタが水平方向に並んで配置される。そのため、フィルタ内で生成された凝縮水は該フィルタの下端部に向かって移動する。そして、ケースの下方内壁面と電極およびフィルタとの間にはブローバイガスが流れる空間が形成されていることから、フィルタの下端部から、水滴となった凝縮水が該空間を通ってケースの下方内壁面に落下する。

このように、本発明によれば、凝縮水がフィルタ内を通って電極の正極から負極まで繋がることを抑制することができる。また、ケースの下方内壁面と電極およびフィルタとの間の空間は絶縁層として機能する。したがって、本発明によれば、凝縮水によって電極間が導通することを抑制することができる。

本発明においては、ケースの下方内壁面に親水処理が施されていてもよい。これによれば、ケースの下方内壁面上に落下した凝縮水の水滴が、該下方内壁面上では水滴状に維持され難くなり、該下方内壁面の表面上に薄く拡がり易くなる。そのため、ケースの下方内壁面上に落下した凝縮水がフィルタおよび電極に接し難くなる。したがって、凝縮水によって電極間が導通することをより抑制することができる。また、ケースの下方内壁面と電極およびフィルタとの間の空間の高さをより小さくしても、凝縮水による電極間の導通を抑制することが可能となる。そして、該空間の高さをより小さくすることで、オイル除去装置におけるオイル粒子の捕集率（オイル粒子の流入量に対するオイル粒子の捕集量の割合）の低下を抑制することができる。

また、本発明において、フィルタは繊維質フィルタであってもよい。そして、繊維質フィルタを形成する繊維の表面に撥水処理が施されていてもよい。この場合、フィルタを形成する繊維の表面において凝縮水が水滴となり易くなり、該繊維に凝縮水が浸み込み難くなる。そのため、フィルタ内において凝縮水が拡がり難くなる。また、水滴となった凝縮水は重力方向の下方に落下（移動）し易い。したがって、当該構成によれば、フィルタ内において凝縮水がより繋がり難くなる。よって、凝縮水によって電極間が導通することをより抑制することができる。

本発明によれば、正極と負極との間に配置されたフィルタにオイル粒子を捕集するオイル除去装置において、凝縮水によって電極間が導通することを抑制することができる。

実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係るオイル除去装置の概略構成を示す図である。 図２に示すオイル除去装置のＡ−Ａ断面を示す図である。 オイル除去装置におけるオイル粒子の捕集率を示す図である。 実施例１およびその変形例に係るケースの下方内壁面上の凝縮水の様子を示すイメージ図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
本発明に係るオイル除去装置をディーゼルエンジンに適用した場合の実施例について説明する。なお、本発明に係るオイル除去装置は、ディーゼルエンジンのみならず、ガソリンエンジン等、オイル（潤滑油）を用いる他のエンジンにも採用することもできる。

［内燃機関およびその吸排気系の構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示している。内燃機関１は、車両搭載用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２の途中には、ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａが設けられている。排気通路３の途中には、ターボチャージャ４のタービン４ｂが設けられている。

内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、クランクポジションセンサ１１およびアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置を検知する。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検知する。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１２の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を算出する。

また、内燃機関１はブローバイガス通路５が設けられている。ブローバイガス通路５の一端は内燃機関１のクランクケースに連通している。このブローバイガス通路５は内燃機関１のシリンダヘッドカバー内を通って延び、その他端が吸気通路２のコンプレッサ４ａより上流側に接続されている。このブローバイガス通路５を通してクランクケースから吸気通路２へブローバイガスが還流される。

ブローバイガスには、内燃機関１においてオイルが飛散することで生じるオイル粒子（オイルミスト）が含まれている。そのため、内燃機関１のシリンダヘッド内のブローバイガス通路５には、このブローバイガス中のオイル粒子を除去するためのオイル除去装置６が設けられている。

［オイル除去装置の構成］
ここで、本実施例に係るオイル除去装置の概略構成について図２および３に基づいて説明する。図２は、オイル除去装置６を重力方向の上方から見た場合の模式図である。なお、図２において、白抜き矢印はブローバイガスの流れを表している。図３は、図２に示す
オイル除去装置６のＡ−Ａ断面を示す図である。なお、図３における上下は、オイル除去装置６が車両に搭載された際の重力方向の上下である。

オイル除去装置６のケース６４内には第一電極６１、第二電極６２、およびフィルタ６３が設けられている。ケース６４のガス入口６４ａには上流側（クランクケース側）のブローバイガス通路５ａが接続されている。該ガス入口６４ａを通ってブローバイガス通路５ａからケース６４内にブローバイガスが流入する。ケース６４のガス出口６４ｂには下流側（吸気通路側）のブローバイガス通路５ｂが接続されている。該ガス出口６４ｂを通ってケース６４からブローバイガス通路５ｂにブローバイガスが流出する。

第一電極６１は、ブローバイガスの流れ方向に延びる正極６１ａと負極６１ｂとを有する平行平板電極である。第二電極６２は、第一電極６１の正極６１ａと負極６１ｂとの間に設けられており、ブローバイガスの流れ方向に延びる正極６２ａと負極６２ｂとを有する平行平板電極である。また、オイル除去装置６が車両に搭載された際には、第一電極６１の正極６１ａおよび負極６１ｂと、第二電極６２の正極６２ａおよび負極６２ｂとは水平方向に並んで配置される。また、第二電極６２の正極６２ａは第一電極６１の負極６１ｂ側に位置しており、第二電極６２の負極６２ｂは第一電極６１の正極６１ａ側に位置している。つまり、第二電極６２の正極６２ａと負極６２ｂとが互いに対向し、第一電極６１の正極６１ａと第二電極６２の負極６２ｂとが互いに対向し、第一電極６１の負極６１ｂと第二電極６２の正極６２ａとが互いに対向するように各電極が配置されている。

フィルタ６３は、第一電極６１の正極６１ａと第二電極６２の負極６２ｂとの間、第二電極６２の負極６２ｂと第二電極６２の正極６２ａとの間、および、第二電極６２の正極６２ａと第一電極６１の負極６１ｂとの間に設けられている。つまり、ケース６４内においては、各電極６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂとフィルタ６３とが水平方向に並んで配置されている。フィルタ６３はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やガラス繊維等の絶縁性の繊維によって形成されている繊維質フィルタである。また、圧力損失を小さくするために、フィルタ６３としては充填率が小さいフィルタ（例えば充填率０．０１４（１．４％）程度）が採用されている。なお、フィルタ６３は、必ずしも、電極の上流端から下流端までの電極間の全領域に設けられる必要はない。また、ケース６４の下方内壁面６４ｃと、各電極６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂおよびフィルタ６３との間には、ブローバイガスが流れる空間７０が形成されている。

また、ケース６４における電極６１，６２及びフィルタ６３が配置されている部分よりも下流側の下方にはドレイン通路６６が接続されている。該ドレイン通路６６は、内燃機関１のシリンダヘッド内と連通している。フィルタ６３によって捕集されることで回収されたオイルが該ドレイン通路６６を通して内燃機関１内に戻される。なお、回収されたオイルがドレイン通路６６に流れ込み易くなるように、内燃機関１のシリンダヘッド内において、ケース６４のガス入口６４ａよりもガス出口６４ｂが下方に位置するようにオイル除去装置６を傾斜させて設置してもよい。また、ケース６４の下方壁面を、ケース６４のガス入口６４ａ側よりもガス出口６４ｂ側が下方に位置する傾斜面となるように形成してもよい。また、ケース６４の下方壁面に、回収されたオイルをドレイン通路６６に導くためのガイド通路を設けてもよい。

各電極６１，６２は、該電極６１，６２に電圧を印加するための電源６５に電気的に接続されている。電源６５はＥＣＵ１０に電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によって各電極６１，６２への電圧の印加が制御される。

なお、本実施例に係るオイル除去装置では、第一および第二電極６１，６２の二組の電極を有する構成を採用した。しかしながら、本発明に係るオイル除去装置の電極の構成は
これに限定されるものではなく、電極が一組の構成、または、電極が三組以上の構成を採用することもできる。

［オイル粒子捕集のメカニズム］
ここで、本実施例に係るオイル除去装置においてブローバイガスに含まれるオイル粒子が捕集されるメカニズムについて説明する。オイル除去装置６では、上記のようにフィルタ６３の充填率が小さいため、電極６１，６２に電圧が印加されていない状態では、ブローバイガスに含まれるオイル粒子は該フィルタ６３にほとんど捕集されない。しかしながら、電極６１，６２に電圧が印加されると、オイル粒子に対して誘電分極力やクーロン力が作用することで、フィルタ６３にオイル粒子が捕集される。

図４は、オイル除去装置でのオイル粒子の捕集率を示す図である。図４における実線は、本実施例のように絶縁体で形成され且つ充填率が小さいフィルタが正極と負極との間に設けられている構成のオイル除去装置において電極に電圧を印加した場合のオイル粒子の捕集率を示している。また、図４における破線は、正極と負極との間にフィルタが設けられていない構成のオイル除去装置において電極に電圧を印加した場合のオイル粒子の捕集率を示している。図４における実線および破線は、両者のオイル除去装置の電極に同一の所定電圧を印加した場合の捕集率を示している。なお、図４において、縦軸はオイル除去装置でのオイル粒子の捕集率を表しており、横軸はオイル粒子の粒径を表している。また、図４に示すオイル粒子の捕集率の数値は、正極と負極との距離を特定の距離とし、尚且つ、フィルタありの場合（実線）はフィルタの充填率を特定の充填率とした場合の数値を示している。つまり、図３に示すオイル粒子の捕集率の数値自体はあくまで一例であり、その数値は正極と負極との距離に応じて変化する。

図４における破線に示すように、正極と負極との間にフィルタが設けられていない構成であっても、電極に所定電圧を印加した場合、オイル粒子の粒径に関わらず、５０％以上のオイル粒子の捕集率が得られている。つまり、正極と負極との間にフィルタが設けられていない構成であっても、ブローバイガスに含まれるオイル粒子の一部は電極に捕集される。これは、内燃機関の各作動部においてオイルがミスト化する際にオイル粒子の多くが帯電するために、ブローバイガスに含まれるオイル粒子の多くが帯電しており、オイル除去装置において電極に電圧が印加されると帯電しているオイル粒子に対してクーロン力が作用するためである。

また、図４における実線に示すように、正極と負極との間にフィルタが設けられている構成の場合、正極と負極との間にフィルタが設けられていない構成の場合よりもオイル除去装置におけるオイル粒子の捕集率は向上し、９０％前後の捕集率が得られている。これは、電極に電圧が印加されると、絶縁体（誘電体）で形成されたフィルタにおいて誘電分極が生じ、その結果、ブローバイガスに含まれるオイル粒子に対してクーロン力に加えて誘電分極力が作用することで該オイル粒子がフィルタに捕集されるためである。クーロン力は、帯電しているオイル粒子にのみ作用するが、誘電分極力は無帯電のオイル粒子とフィルタとの間にも作用する。したがって、帯電しているオイル粒子のみならず無帯電のオイル粒子もフィルタに捕集される。また、クーロン力に加えて誘電分極力が作用することで、無帯電のオイル粒子に作用する力も大きくなる。そのため、電極に電圧が印加されていない状態ではオイル粒子をほとんど捕集しないような充填率のフィルタであっても、正極と負極との間にフィルタが設けられている構成では、正極と負極との間にフィルタが設けられていない構成よりもオイル除去装置におけるオイル粒子の捕集率は高くなる。

［凝縮水対策］
ブローバイガスには水分が含まれている。そのため、オイル除去装置６内において、ブローバイガス中の水分が凝縮することで凝縮水が生成される場合がある。そして、凝縮水
がフィルタ６３内に拡がることで、フィルタ６３を挟んで対向するように設けられた電極の正極と負極とが該凝縮水によって導通すると、消費電力の増加を招くことになる。そこで、本実施例では、凝縮水による電極間の導通を抑制するために、ケース６４内において、各電極６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂとフィルタ６３とが水平方向に並んで配置され、且つ、ケース６４の下方内壁面６４ｃと、各電極６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂおよびフィルタ６３との間に空間７０が形成されている。

フィルタ６３内で生成された凝縮水は重力方向の下方に移動する。そのため、ケース６４内において各電極６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂとフィルタ６３とが水平方向に並んで配置されているオイル除去装置６では、フィルタ６３内で生成された凝縮水は該フィルタ６３の下端部に向かって移動する。そして、フィルタ６３の下端部とケース６４の下方内壁面６４ｃとの間には空間７０が形成されていることから、フィルタ６３の下端部に達した凝縮水は水滴となって該空間７０を通ってケース６４の下方内壁面６４ｃに落下する。

したがって、本実施例に係る構成によれば、フィルタ６３内において、凝縮水が該フィルタ６３を挟み込んでいる電極に達するまで拡がり難い。そのため、凝縮水がフィルタ６３内を通って電極の正極から負極まで繋がることを抑制することができる。また、空間７０は所定の高さを有するため、ケース６４の下方内壁面６４ｃ上に落下した凝縮水がフィルタ６３の下端部および電極６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂの下端部には接しないようになっている。さらに、ブローバイガスが流れる空間７０自体は絶縁層として機能する。したがって、本実施例によれば、凝縮水によって電極間が導通することを抑制することができる。

なお、本実施例においては、ケース６４の下方内壁面６４ｃに落下した凝縮水はオイルとともにドレイン通路６６に流れ込み、該ドレイン通路６６を通して内燃機関１内に戻される。

［変形例１］
本実施例においては、ケース６４の下方内壁面６４ｃに親水処理を施してもよい。親水処理としては、官能基としてシラノール基を有する物質により電極の表面をコーティングする処理を例示することができる。

図５は、ケース６４の下方内壁面６４ｃ上の凝縮水の様子を示すイメージ図である。図５（ａ）は下方内壁面６４ｃに親水処理が施されていない場合の凝縮水の様子を示しており、図５（ｂ）は下方内壁面６４ｃに親水処理が施されている場合の凝縮水の様子を示している。ケース６４の下方内壁面６４ｃに親水処理が施されていない場合、図５（ａ）に示すように、該下方内壁面６４ｃ上に落下した凝縮水の水滴が、該下方内壁面６４ｃ上においても水滴状に維持され易い。下方内壁面６４ｃ上の凝縮水の水滴がフィルタ６３の下端部または電極の下端部に接すると、該下方内壁面６４ｃ上の凝縮水を介して電極間が導通する虞がある。そのため、凝縮水による電極間の導通を抑制するためには、ケース６４の下方内壁面６４ｃ上に存在する凝縮水の水滴の高さよりも空間７０の高さｄｓを大きくする必要がある。ただし、空間７０の厚さｄｓを大きくするほど、電極間におけるフィルタ６３のブローバイガスの流れ方向に対して垂直な方向の断面積が小さくなる。その結果、オイル除去装置６におけるオイル粒子の捕集率が低下することになる。

一方で、ケース６４の下方内壁面６４ｃに親水処理が施されている場合、図５（ｂ）に示すように、該下方内壁面６４ｃ上に落下した凝縮水の水滴が、該下方内壁面６４ｃ上において水滴状に維持され難くなり、該下方内壁面６４ｃの表面上に薄く拡がり易くなる。そうなると、ケース６４の下方内壁面６４ｃ上に落下した凝縮水がフィルタ６３および電
極の下端部に接し難くなる。したがって、凝縮水によって電極間が導通することをより抑制することができる。また、空間７０の高さｄｓをより小さくしても、凝縮水による電極間の導通を抑制することが可能となる。そして、空間７０の高さｄｓをより小さくすることで、オイル除去装置６におけるオイル粒子の捕集率の低下を抑制することができる。

［変形例２］
また、フィルタ６３を形成する繊維の表面に撥水処理を施してもよい。撥水処理としては、官能基として、飽和フルオロアルキル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基、または長鎖アルキル基を有する物質によって繊維の表面をコーティングする処理を例示することができる。この場合、フィルタ６３を形成する繊維の表面において凝縮水が水滴となり易くなり、該繊維に凝縮水が浸み込み難くなる。そのため、フィルタ６３内において凝縮水が拡がり難くなる。また、水滴となった凝縮水は重力方向の下方に落下（移動）し易い。したがって、フィルタ６３を形成する繊維の表面に撥水処理を施すことで、フィルタ６３内において凝縮水がより繋がり難くなる。よって、凝縮水によって電極間が導通することをより抑制することができる。

１・・・内燃機関
５・・・ブローバイガス通路
６・・・オイル捕集装置
６１，６２・・電極
６１ａ，６２ａ・・正極
６１ｂ、６２ｂ・・負極
６３・・フィルタ
６４・・ケース
６４ｃ・・下方内壁面
６５・・電源
６６・・ドレイン通路
７０・・空間層
１０・・ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関のブローバイガス通路を流れるブローバイガスに含まれるオイル粒子を除去するオイル除去装置であって、
   ブローバイガスの流れ方向に延びる正極と負極とを有する電極と、
   絶縁体によって形成され、前記電極の正極と負極との間に配置されたフィルタと、
   前記電極および前記フィルタを収容するケースと、
   前記電極へ電圧を印加する電圧印加部と、を備え、
   車両に搭載された際に、前記ケース内において、前記電極および前記フィルタが水平方向に並んで配置され、且つ、該ケースの下方内壁面と前記電極および前記フィルタとの間に、ブローバイガスが流れる空間が形成されているオイル除去装置。
2. 前記ケースの下方内壁面に親水処理が施されている請求項１に記載のオイル除去装置。
3. 前記フィルタが繊維質フィルタであり、
   前記繊維質フィルタを形成する繊維の表面に撥水処理が施されている請求項１または２に記載のオイル除去装置。

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