JP2017057805A

JP2017057805A - オイルセパレータ

Info

Publication number: JP2017057805A
Application number: JP2015184045A
Authority: JP
Inventors: 斎庸宮永; Nariyasu Miyanaga; 洋志堀内; Hiroshi Horiuchi; 豪人森下; Takehito Morishita
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2017-03-23
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: JP6520602B2

Abstract

【課題】オイルの捕捉効率を適切に向上させることができる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１０は、内燃機関のブローバイガスをケース１１内に導入してオイルと分離し、その分離されたオイルを同ケース外に排出する。ケース１１の内部には、複数の電極板４０が互いに間隔をおいて対向配置されている。電極板４０の各々の間には、電気絶縁材料によって形成されたフィルタ５０が介設され、且つ電位差を付与することが可能とされている。フィルタ５０は、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の中央部に、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の両端部よりも密度の高い高密度部５２を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のブローバイガスをケース内に導入してオイルと分離し、その分離されたオイルを同ケース外に排出するオイルセパレータに関する。

内燃機関には、クランク室内のブローバイガスを吸気通路に還流する還流通路が設けられている。また、こうした還流通路の途中には、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルを分離するオイルセパレータが設けられている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載のオイルセパレータのケース内には、２つの網状の電極が互いに対向して配置されており、これら電極には電源装置によって電位差が付与されるように構成されている。こうしたオイルセパレータによれば、ブローバイガスが一方の電極を通過する際に同ブローバイガスに含まれる水分が帯電され、帯電された水分が静電気力によって他方の電極に吸着される。このとき、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルは水分と共に電極に吸着される。このようにして、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルを分離することができるとされている。なお、電極に吸着されたオイルや水分は自重によって落下し、ケースの底壁に形成されたオイル排出口を通じてケース外に排出される。

特開平３−１４１８１１号公報

ところで、特許文献１に記載のオイルセパレータにおいてブローバイガスの流速が大きい場合には、オイルが電極に衝突せずに同電極を通り抜けやすい。そのため、オイルの捕捉効率が低いものとなっている。

これに対して、前記オイルセパレータにおいて、電極の網の目を細かくすることによりオイルが電極に衝突しやすくすることが考えられる。しかしながら、この場合、電極の網の目を細かくすることによって通気抵抗が増大することとなり、オイルセパレータによる圧力損失が増大するといった別の問題が生じることとなる。

本発明の目的は、オイルの捕捉効率を適切に向上させることができるオイルセパレータを提供することにある。

上記目的を達成するためのオイルセパレータは、内燃機関のブローバイガスをケース内に導入してオイルと分離し、その分離されたオイルを同ケース外に排出する。前記ケースの内部には、複数の電極板が互いに間隔をおいて対向配置され、前記電極板の各々の間には、電気絶縁材料によって形成されたフィルタが介設され、且つ電位差を付与することが可能とされ、前記フィルタは、前記フィルタにおける隣り合う前記電極板の対向方向の中央部に、前記フィルタにおける隣り合う前記電極板の対向方向の両端部よりも密度の高い高密度部を有する。

同構成によれば、各電極板の間にフィルタが介設され、且つ各電極板の間に電位差が付与されることにより、各電極板の間には電界が生じるとともに、フィルタの表面には誘電分極により正または負の電荷が生じる。このため、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルのうち帯電しているものは、各電極板の間を通過する際に静電気力によって移動方向が曲げられることとなり、フィルタに捕捉されやすくなる。

また、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルのうち帯電していないものは、各電極板の間に介設されたフィルタを通過する際に誘電分極により同オイルの表面に正または負の電荷が生じる。このため、静電気力によってオイルがフィルタの表面の負または正の電荷に引き寄せられることとなり、フィルタに捕捉されやすくなる。

このように、上記構成によれば、目の粗いフィルタであってもオイルを効率的に捕捉することができ、フィルタによる通気抵抗の増大を抑制することができる。したがって、圧力損失の増大を抑制することができるとともに、オイルの捕捉効率を向上させることができる。

ところで、隣り合う電極板の間に介設されたフィルタの密度が均一であると、フィルタを通過するブローバイガスの流速は、フィルタにおける隣り合う電極板の対向方向の中央部ほど大きくなる。そして、ブローバイガスの流量は、フィルタにおいてブローバイガスの流速が大きいところほど多くなる。しかしながら、オイルの捕捉効率は、ブローバイガスの流速が大きいほど低下してしまう。そのため、フィルタの密度が均一であると、フィルタにおける隣り合う電極板の対向方向の中央部では、通過するブローバイガスの流量が多いにもかかわらず、ブローバイガスに含まれるオイルがフィルタにて捕捉されずに同フィルタを通過することが多くなるおそれがある。

この点、上記構成によれば、フィルタにおける隣り合う電極板の対向方向の中央部には、同フィルタにおける隣り合う電極板の対向方向の両端部よりも密度の高い高密度部が設けられている。そのため、フィルタの密度が均一である場合に比べて、フィルタにおける隣り合う電極板の対向方向の両端側の部分を流れるブローバイガスの流量が増大する。そして、フィルタにおける隣り合う電極板の対向方向の中央部ではブローバイガスの流速が相対的に小さくなるため、ブローバイガスの流速分布が均一な状態に近づく。そのため、フィルタにおける隣り合う電極板の対向方向の中央部でブローバイガスの流速が相対的に大きくなることを抑制して、フィルタにて捕捉されずに同フィルタを通過するオイルを減少させることができる。

また、フィルタが同フィルタにおける隣り合う電極板の対向方向の中央部に高密度部を有することで、フィルタにおける高密度部の両側の部分、すなわちフィルタにおける高密度部と電極板との間の部分であって高密度部よりも電極板に近い部分を流れるブローバイガスの流量が増大する。そのため、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルのうち帯電したものをより多く電極板に引き寄せることができるようになる。

本発明によれば、オイルの捕捉効率を適切に向上させることができる。

実施形態に係るオイルセパレータの斜視図。上記オイルセパレータのリッドが外された状態の平面図。上記オイルセパレータにおける隣り合う電極板とその間に介設されたフィルタとの平面図。上記オイルセパレータの作用を説明する模式図。上記オイルセパレータのオイルの捕捉効率と密度が均一なフィルタを備えたオイルセパレータのオイルの捕捉効率とを比較する説明図。

以下、図１〜図５を参照して、オイルセパレータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、オイルセパレータ１０は、内燃機関のクランク室内のブローバイガスを吸気通路に還流する還流通路に設けられるものであり、例えばナイロン６６などの電気絶縁性の硬質樹脂材料によって形成されたケース１１を有している。

ケース１１は、上部開口を有するケース本体２０と、ケース本体２０の上部開口を開閉可能に設けられるリッド３０とを有している。ケース本体２０は、平面視矩形状の底壁２２と、同底壁２２の四辺から上方に向けて延びる側壁２１とを有している。

図１及び図２に示すように、ケース本体２０の長手方向における一端側の側壁２１には、円筒状のガス流入口２３が外側に向けて突設されている。また、ケース本体２０の長手方向における他端側の側壁２１には、円筒状のガス流出口２４が外側に向けて突設されている。底壁２２における前記ガス流出口２４に近接した位置には、オイル排出口２５が下方に向けて突設されている。

ケース本体２０の内部には、ステンレス鋼によって形成された４枚の電極板４０が、長手方向、すなわちブローバイガスの流れ方向、及び上下方向に沿うとともに互いに間隔をおいて対向配置されている。また、隣り合う電極板４０同士は互いに平行に配置されている。各電極板４０は、長手方向における両端の側壁２１から間隔をおいて配置されている。なお、電極板４０は２枚以上であればよく、任意の枚数に変更することができる。

図２に示すように、各電極板４０には、導線を介して電源装置６０が電気的に接続されている。同図の上から奇数番目の電極板４０には電源装置６０の陽極（＋）が接続され、上から偶数番目の電極板４０には電源装置６０の陰極（−）またはアースが接続されている。このことにより、互いに隣り合う電極板４０の間には、電源装置６０によって所定の電位差が付与される。なお、図１においては電源装置６０の図示を省略している。

各電極板４０の間には、電気絶縁材料によって形成されたフィルタ５０が介設されている。フィルタ５０は、隣り合う各電極板４０に当接されている。また、フィルタ５０の上下方向及び長手方向の長さは電極板４０と同一とされており、各フィルタ５０の長手方向の配設位置は、各電極板４０の配設位置に対応している。

図３に示すように、フィルタ５０は、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向（図３において矢印Ｙ参照）の中央部に位置する高密度部５２と、該高密度部５２における隣り合う電極板４０の対向方向の両側にそれぞれ設けられた低密度部５３とから構成されている。高密度部５２は、低密度部５３よりも密度が高く（すなわち充填率が高く）形成されている。そのため、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の中央部は、同フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の両端部よりも密度が高くなっている。

高密度部５２及び低密度部５３の各々は、電気絶縁材料であるポリエステルの繊維５１（図４参照）によって形成されている。なお、ポリエステルなどの電気絶縁材料は、誘電分極が生じる誘電材料でもある。例えば、高密度部５２は、充填率が０．０８６のポリエステル製の不織布にて形成され、低密度部５３は、充填率が０．０２３のポリエステル製の不織布にて形成される。なお、フィルタ５０の充填率とは、フィルタ５０（繊維５１の間の空間を含む）の体積に占める繊維５１の体積の割合である。このような電気絶縁材料によって形成されたフィルタ５０自体には電気がほとんど流れないため、フィルタ５０に捕捉された水分を介して各電極板４０の間で通電が生じることが抑制されている。

また、高密度部５２における隣り合う電極板４０の対向方向の厚さＴ１は、低密度部５３における隣り合う電極板４０の対向方向の厚さＴ２よりも薄く形成されている。例えば、隣り合う電極板４０の間の距離Ｄが１０ｍｍの場合、高密度部５２の厚さＴ１は０．６ｍｍ、各低密度部５３の厚さＴ２は４．７ｍｍに設定される。そして、本実施形態では、１つの高密度部５２と２つの低密度部５３とは、別体で形成されたものが重ね合わされてフィルタ５０として隣り合う電極板４０の間に配置されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
ガス流入口２３を通じてケース１１内に導入されたブローバイガスは、ガス流出口２４に向けて移動する。

オイルセパレータ１０においては、各電極板４０の間にフィルタ５０が介設され、且つ各電極板４０の間に所定の電位差が付与されることにより、図４に示すように、各電極板４０の間には静電界が生じるとともに、フィルタ５０の繊維５１の表面には誘電分極により正（＋）または負（−）の電荷が生じる。このため、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルのうち帯電しているものは、各電極板４０の間を通過する際に静電気力によって移動方向が曲げられることとなり、フィルタ５０に捕捉されやすくなる。

また、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルのうち帯電していないものは、図４に示すように、各電極板４０の間に介設されたフィルタ５０の繊維５１同士の間の間隙を通過する際に誘電分極により同オイルの表面に正（＋）または負（−）の電荷が生じる。このため、静電気力によってオイルがフィルタ５０の繊維５１の表面の負（−）または正（＋）の電荷に引き寄せられることとなり、フィルタ５０に捕捉されやすくなる。

このように、本実施形態のオイルセパレータ１０によれば、目の粗いフィルタ５０であってもオイルを効果的に捕捉することができ、フィルタ５０による通気抵抗の増大を抑制することができる。したがって、圧力損失の増大を抑制することができるとともに、オイルの捕捉効率を向上させることができる。

なお、オイルが分離されたブローバイガスは、ガス流出口２４を通じてブローバイガス還流通路に流出する。一方、底壁２２上に溜まったオイルなどは同底壁２２を伝って移動し、オイル排出口２５を通じてケース１１外に排出される。

ところで、隣り合う電極板４０の間に介設されたフィルタの密度が均一であると、フィルタを通過するブローバイガスの流速は、フィルタにおける隣り合う電極板４０の対向方向の中央部ほど大きくなる。そして、ブローバイガスの流量は、フィルタにおいてブローバイガスの流速が大きいところほど多くなる。しかしながら、オイルの捕捉効率は、ブローバイガスの流速が大きいほど低下してしまう。そのため、フィルタの密度が均一であると、フィルタにおける隣り合う電極板４０の対向方向の中央部では、通過するブローバイガスの流量が多いにもかかわらず、ブローバイガスに含まれるオイルがフィルタにて捕捉されずに同フィルタを通過することが多くなるおそれがある。

この点、本実施形態のオイルセパレータ１０によれば、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の中央部には、同フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の両端部よりも密度の高い高密度部５２が設けられている。そのため、フィルタ５０の密度が均一である場合に比べて、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の両端側の部分（すなわち低密度部５３）を流れるブローバイガスの流量が増大する。そして、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の中央部ではブローバイガスの流速が相対的に小さくなるため、ブローバイガスの流速分布が均一な状態に近づく。そのため、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の中央部でブローバイガスの流速が相対的に大きくなることを抑制して、フィルタ５０にて捕捉されずに同フィルタ５０を通過するオイルを減少させることができる。

また、フィルタ５０が同フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の中央部に高密度部５２を有することで、フィルタにおける高密度部５２の両側の低密度部５３、すなわちフィルタ５０における高密度部５２と電極板４０との間の部分であって高密度部５２よりも電極板４０に近い部分を流れるブローバイガスの流量が増大する。そのため、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルのうち帯電したものをより多く電極板４０に引き寄せることができるようになる。

ここで、図５に、密度が均一なフィルタを備えたオイルセパレータと、高密度部５２を有するフィルタ５０を備えたオイルセパレータ１０との２種類のオイルセパレータについて、粒径０．５μｍのオイルの捕捉効率を測定した結果を示す。図５において、Ａは、充填率が０．２３、隣り合う電極板４０の対向方向の厚さが１０ｍｍの密度（充填率）が均一なフィルタを備えたオイルセパレータのオイルの捕捉効率である。Ｂは、充填率が０．０８６で厚さＴ１が０．６ｍｍの高密度部５２と、充填率が０．０２３で厚さＴ２が４．７ｍｍの２つの低密度部５３とから構成されたフィルタ５０を備えたオイルセパレータ１０のオイルの捕捉効率である（図３参照）。なお、２種類のオイルセパレータにおけるオイルの捕捉効率の測定は、フィルタの構成以外の条件は同じ条件で行った。

図５に示すように、高密度部５２を有するフィルタ５０を備えたオイルセパレータ１０（Ｂ）は、密度が均一なフィルタを備えたオイルセパレータ（Ａ）よりもオイルの捕捉効率が４．５％向上することが確認された。また、密度が均一なフィルタを備えたオイルセパレータ（Ａ）の圧力損失と、高密度部５２を有するフィルタ５０を備えたオイルセパレータ１０（Ｂ）の圧力損失とは、ほぼ同じであった。

以上説明した本実施形態に係るオイルセパレータによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）オイルセパレータ１０のケース１１の内部には、複数の電極板４０が互いに間隔をおいて対向配置されている。各電極板４０の間には、電気絶縁材料によって形成されたフィルタ５０が介設され、且つ電位差を付与することが可能とされている。また、フィルタ５０は、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の中央部に、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の両端部よりも密度の高い高密度部５２を有する。こうした構成によれば、前述した作用を奏することから、オイルの捕捉効率を適切に向上させることができる。

（２）フィルタ５０は、高密度部５２と一対の低密度部５３との３層で構成されるため、構成が簡単である。従って、フィルタ５０を容易に形成することができる。
（３）密度（充填率）の異なる高密度部５２と低密度部５３とが別体で形成されている。そのため、フィルタ５０の製造が容易である。また、高密度部５２と低密度部５３とが異なる材料で形成される場合にも、フィルタ５０を容易に形成することができる。

（４）各フィルタ５０において、高密度部５２における隣り合う電極板４０の対向方向の厚さＴ１は、低密度部５３における隣り合う電極板４０の対向方向の厚さＴ２よりも薄い。そのため、フィルタ５０に高密度部５２を設けたことによる圧力損失の増大を抑制することができる。また、電極板４０と隣り合う低密度部５３を流れるブローバイガスの流量を増大させることができるため、ブローバイガスに含まれる霧状のオイルのうち帯電したものを更に多く電極板４０に引き寄せることができるようになる。従って、オイルの捕捉効率を適切により向上させることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・フィルタ５０は、高密度部５２と一対の低密度部５３とが一体で形成された１枚の不織布からなるものであってもよい。このようにすると、オイルセパレータ１０の組み付け時にフィルタ５０の取り扱いが容易となるため、複数の電極板４０の各々の間にフィルタ５０を配置することが容易となる。

・フィルタ５０を構成する繊維５１はポリエステルによって形成されるものに限定されない。他に例えば、ポリエステルと同等の電気抵抗率及び比誘電率を有するポリエチレンやポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどに変更することもできる。また、繊維５１は、酸化チタン等の高誘電材料を混合したポリエステル等の電気絶縁性を有する樹脂材料から形成されるものであってもよい。

・高密度部５２は、樹脂の繊維５１によって形成されるものに限らない。高密度部５２は、例えば、ポリウレタンなどによって形成された多孔質状のものであってもよい。また、高密度部５２は、電気絶縁性を有する誘電体である樹脂材料や金属材料等によって形成された板状のものであってもよい。この場合、高密度部５２は、チタン酸バリウム、二酸化チタン等の高誘電材料を含んで形成されることが好ましい。

・低密度部５３は、樹脂の繊維５１によって形成されるものに限らない。他に例えば、ポリウレタンなどによって形成された多孔質状のものであってもよい。
・高密度部５２及び低密度部５３の密度（充填率）は、上記実施形態の値に限らず、低密度部５３よりも高密度部５２の方が高い値となるように適宜変更してもよい。

・高密度部５２の厚さＴ１及び低密度部５３の厚さＴ２は、上記実施形態の値に限らず、適宜変更してもよい。
・フィルタ５０は、フィルタ５０における隣り合う電極板４０の対向方向の中央部ほど密度が高くなる密度勾配を有するように形成されてもよい。

・隣り合う電極板４０の対向方向の距離Ｄは、１０ｍｍより長くすることもできるし、１０ｍｍより短くすることもできる。
・パンチングメタルや金属網などによって電極板４０を形成することもできる。

・ステンレス鋼以外の金属材料によって電極板４０を形成することもできる。
・ガス流入口２３及びガス流出口２４の少なくとも一方をリッド３０に形成することもできる。

１０…オイルセパレータ、１１…ケース、４０…電極板、５０…フィルタ、５２…高密度部、５３…低密度部。

Claims

内燃機関のブローバイガスをケース内に導入してオイルと分離し、その分離されたオイルを同ケース外に排出するオイルセパレータにおいて、
前記ケースの内部には、複数の電極板が互いに間隔をおいて対向配置され、
前記電極板の各々の間には、電気絶縁材料によって形成されたフィルタが介設され、且つ電位差を付与することが可能とされ、
前記フィルタは、前記フィルタにおける隣り合う前記電極板の対向方向の中央部に、前記フィルタにおける隣り合う前記電極板の対向方向の両端部よりも密度の高い高密度部を有する、
オイルセパレータ。
前記フィルタは、前記高密度部と、前記高密度部における隣り合う前記電極板の対向方向の両側に設けられ前記高密度部よりも密度の低い一対の低密度部とから構成されている、
請求項１に記載のオイルセパレータ。
前記高密度部と前記低密度部とは別体で形成されている、
請求項２に記載のオイルセパレータ。
前記フィルタは、前記高密度部と一対の前記低密度部とを有する１枚の不織布からなる、
請求項２に記載のオイルセパレータ。