JP2018087541A - 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ミストを分離できるオイルセパレータを提供する。【解決手段】内燃機関で発生したブローバイガスが通過する捕捉室４０と、ブローバイガスに含まれるオイルミストを捕捉するオイル捕捉部４１と、を備え、オイル捕捉部４１は、網部材４９を積層してなる積層体５０を有し、積層体５０は、網部材４９の積層方向がブローバイガスの流動方向に対して傾けて配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、ブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイルセパレータに関する。

従来から、オイルセパレータの一例として、ブローバイガスが流れるセパレータ室に、当該セパレータ室の底面から立ち上がるように起立壁を設けるものがある（特許文献１）。そして、このオイルセパレータでは、起立壁にブローバイガスを衝突させることにより当該ブローバイガスに含まれるオイルミストを分離している。

特開２０１２−２５５３７２号公報

ところで、ブローバイガスに含まれているオイルミストのうち、粒径の小さなオイルミストは、ブローバイガスの流れに従って移動しやすい。このため、上記のようなオイルセパレータでは、粒径の小さなオイルミストが、起立壁を避けるように流動するブローバイガスの流れに従って移動することで、起立壁に衝突しにくくなる場合がある。言い換えれば、上記のようなオイルセパレータでは、ブローバイガスに含まれる粒径の小さなオイルミストを分離しにくくなる場合がある。

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ミストを分離できる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、内燃機関で発生したブローバイガスが通過する流路と、前記流路に配置され、前記ブローバイガスに含まれるオイルミストを捕捉するオイル捕捉部と、を備え、前記オイル捕捉部は、網部材を積層してなる積層体を有し、前記積層体は、前記網部材の積層方向が前記ブローバイガスの流動方向に対して傾けて配置される。

上記構成によれば、積層体における網部材の積層枚数を増加させることで、オイルミストを分離しやすくできる。また、積層体の積層方向をブローバイガスの流動方向に対して傾けた場合には、網部材を垂直に設置した場合に比べて、ブローバイガスの流動方向に網部材を投影したときの流路の断面積に対する枠部分の面積の割合が大きくなる。こうして、網部材を流路に対して傾けた分、オイルミストが枠部分に衝突しやすくなり、オイルミストを分離しやすくできる。

上記オイルセパレータにおいて、前記積層体は、前記網部材の網目が前記積層方向に揃うように積層されることが好ましい。

上記構成によれば、積層体において、積層された網部材の網目がブローバイガスの流動方向に揃わないようにできる。すなわち、積層体は、隣接する網部材の孔部分同士と、枠部分同士とが、流動方向から見たときに重ならなくなる。その結果、ブローバイガスの流動方向に積層体を投影したときに流路の断面積に対する枠部分の面積の割合を大きくすることができる。

上記オイルセパレータにおいて、前記流路には、前記ブローバイガスの流動方向において前記オイル捕捉部よりも下流側に、前記ブローバイガスから分離したオイルを排出する排出孔が形成され、前記積層体は、前記流動方向において、上流側の面が下流側の面より鉛直上方に位置するように傾けて配置されることが好ましい。

上記構成によれば、オイル捕捉部に分離されたオイルは、ブローバイガスの勢いによって、網部材の下流側に集まりやすい。また、積層体の上流側の面が下流側の面より鉛直上方側に位置するため、オイル捕捉部に分離されたオイルは、重力により積層体の下流側に集まりやすい。さらに、排出孔がオイル捕捉部よりも下流側に形成されるため、積層体の下流側に集めたオイルを効率よく流路の外に排出できる。

上記オイルセパレータにおいて、前記流路には、前記排出孔に向かうに連れて鉛直下方に進む斜面が形成されることが好ましい。

上記構成によれば、オイル捕捉部で分離されたオイルが排出孔に向けて流れやすくなる。このため、オイル捕捉部が分離したオイルを流路の外により排出しやすくできる。

一実施形態に係るブローバイガス還元装置を備えたエンジンの断面図である。 上記ブローバイガス還元装置のオイルセパレータの断面図である。 上記オイルセパレータの網部材の拡大図である。 上記積層体の積層態様を示す斜視図である。 上記積層体の積層態様を示す断面図である。 上記オイルセパレータのオイル捕捉部を網部材の積層方向から見た部分断面図である。 図２の一点鎖線の範囲の部分拡大図である。

図１は、ブローバイガス還元装置１を備えたエンジンＥ（内燃機関の一例）の断面を示している。エンジンＥは、乗用車などの車両に備えられるサイクル型のものである。

図１に示すように、エンジンＥは上部にシリンダヘッド２を有し、シリンダヘッド２の下部にシリンダブロック３、クランクケース４及びオイルパン５の順に連結し、シリンダヘッド２の上部にヘッドカバー６を連結している。クランクケース４に回転自在にクランクシャフト７が支持され、シリンダブロック３に形成されたシリンダボア８の内部にピストン９が収容され、このピストン９とクランクシャフト７とがコネクティングロッド１０で連結されている。

シリンダヘッド２には、吸気バルブ１１と排気バルブ１２とが開閉自在に保持され、これらの上部位置には吸気バルブ１１を開閉作動させる吸気カムシャフト１３と、排気バルブ１２を開閉作動させる排気カムシャフト１４とが並列状態で回転自在に支持されている。

シリンダヘッド２の一方の側面にはインテークマニホールド１５が連結し、他方の側面にはエグゾーストマニホールド１６が連結している。シリンダヘッド２の上面には燃焼室２４の混合気に点火する点火プラグ１７が備えられ、シリンダヘッド２の吸気路には燃焼室２４に燃料を供給するインジェクタ１８が備えられている。また、インテークマニホールド１５より上流側にはサージタンク１９が備えられ、サージタンク１９より上流側にはスロットルバルブ２０が備えられている。さらに、スロットバルブ２０の上流の吸気管２１には、エアーフィルタ２２が備えられている。

また、このエンジンＥは、クランクシャフト７の回転と同期して吸気カムシャフト１３と排気カムシャフト１４とを同期回転させることにより、所定のタイミングで吸気バルブ１１を開閉し、所定のタイミングで排気バルブ１２を開閉するように構成されている。

さらに、ＣＰＵ等の制御装置が、吸気バルブ１１が開放するタイミングでインジェクタ１８により燃焼室２４に燃料を噴射し、燃焼室２４の混合気が圧縮されたタイミングで点火プラグ１７により混合気に点火する制御を行う。エンジンＥは、点火による混合気の燃焼に伴いピストン９が下方に作動し、この後のピストン９の上昇時に排気バルブ１２を開放する作動を行うように構成されている。

エンジンＥの圧縮行程ではシリンダボア８とピストン９の間から未燃焼ガスがクランクケース４の内部に漏出してブローバイガスが発生する。また、エンジンＥの稼働時には、オイルパン５のオイルをシリンダボア８の内周面に吹き付ける形態で供給するため、クランクケース４の内部空間にオイルミストが存在する。

このような理由から、ブローバイガスにはオイルミストが含まれ、ブローバイガスをエンジンＥの吸気系に還元するブローバイガス還元装置１にはオイルを除去するオイルセパレータ３１が備えられている。

次に、ブローバイガス還元装置１について詳しく説明する。

図１に示すように、ブローバイガス還元装置１は、ガス抽出経路３０と、オイルセパレータ３１と、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）バルブ３２と、ガス還元経路３３と、を含んで構成されている。

ガス抽出経路３０は、クランクケース４の内部のブローバイガスを、シリンダヘッド２に供給するためにエンジンＥのシリンダブロック３を貫通するように形成されている。
このガス抽出経路３０は、例えば、クランクケース４の内部からのブローバイガスを案内する可撓性チューブや金属管をエンジンＥの外面に設けて形成しても良い。

オイルセパレータ３１は、ブローバイガスに含まれるオイルミストからオイルを分離し、捕集する機能を有するものである。ＰＣＶバルブ３２は、吸気系から作用する負圧により閉じ状態から開放状態に切換わるチェック弁として機能する。

図１及び図２に示すように、ガス還元経路３３は、オイルセパレータ３１によりオイルミストを分離したブローバイガスを、ＰＣＶバルブ３２を介してインテークマニホールド１５のサージタンク１９に供給する管路として構成されている。なお、本実施形態では、ガス抽出経路３０と、ＰＣＶバルブ３２と、ガス還元経路３３と、を含んで構成される経路を「ＰＣＶ経路」とも言う。

次に、オイルセパレータ３１について詳しく説明する。

図２に示すように、オイルセパレータ３１は、ブローバイガスが通過する流路の一例としての捕捉室４０と、ブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイル捕捉部４１と、を備える。なお、以降の説明では、ブローバイガスの流動方向を単に「流動方向」とも言い、流動方向において上流を単に「上流」とも言い、流動方向において下流を単に「下流」とも言う。

図１及び図２に示すように、捕捉室４０は、ヘッドカバー６の内部において、内部に空洞を有する略直方体状に形成される。そして、本実施形態では、捕捉室４０は、ブローバイガスの流動方向が水平方向（図１では右から左に向かう）となるように配置される。

捕捉室４０には、当該捕捉室４０を流動方向に区画する支持壁４２が設けられている。支持壁４２は、流動方向（水平方向）に対して傾いた方向に沿って設けられている。さらに、支持壁４２には、オイル捕捉部４１を嵌め込むための凹部４３が形成されている。また、捕捉室４０は、支持壁４２によって、上流側の上流側捕捉室４４と、下流側の下流側捕捉室４５と、に区画される。

図１及び図２に示すように、上流側捕捉室４４の底壁には、ガス抽出経路３０によりシリンダヘッド２の内部に供給されたブローバイガスを、捕捉室４０に供給するための導入孔４６が形成されている。一方、下流側捕捉室４５には、ガス還元経路３３が接続されている。また、下流側捕捉室４５の底壁には、オイル捕捉室４０で分離したオイルをシリンダヘッド２の内部に排出するための排出孔４７が形成されている。また、下流側捕捉室４５の底面には、排出孔４７に進むにつれて鉛直下方に向かう斜面４８となっている。なお、排出孔４７を介して、シリンダヘッド２の内部に排出されたオイルは、ガス抽出経路３０を通りオイルパン５に戻される。

次に、オイル捕捉部４１について詳しく説明する。

図２に示すように、オイル捕捉部４１は、網部材４９を積層することで構成される積層体５０と、積層体５０を保持する保持部材５１と、を有する。

図３に示すように、本実施形態の網部材４９は、複数の切込みを形成した金属板を当該切込みの形成方向と直交する方向に引っ張ることで網目を形成したエキスパンドメタルとされる。そのため、網部材４９の網目は、菱形に形成されている。なお、エキスパンドメタルは、製造の容易性、形状の加工の容易性に加えて高温のブローバイガスに晒される条件下での耐熱性に優れる点でオイルミストの分離に非常に適する部材（部品）である。

そして、網部材４９の網目において、孔部分５２の菱形の形状は、短い対角線の長さを幅ＳＷとし、長い対角線の長さを幅ＬＷとすれば、幅ＳＷと幅ＬＷとの長さの比率が約１：２になることが好ましい。例えば、網部材４９において、幅ＳＷを約０．５ｍｍとし、幅ＬＷを約１ｍｍとすればよい。

図４及び図５に示すように、積層体５０は、網部材４９の積層方向に対して網目が揃う態様で積層されている。なお、本実施形態において、積層方向とは、積層体５０（網部材４９）の厚さ方向のことを言う。そして、以降の説明では、網部材４９の積層方向を単に「積層方向」とも言う。また、本実施形態において、網部材４９は、一枚の網部材４９を複数枚重ねて積層することで構成されている。なお、積層した網部材４９は、積層方向に圧縮することで、積層方向に隣り合う網部材４９の間の距離を短くすることが好ましい。そして、積層体５０の縁部分を保持する保持部材５１を、樹脂のインサート成形で設けることにより、オイル捕捉部４１が構成される。ここで、保持部材５１は、中心部に略円形の開口５３が形成されている。つまり、オイル捕捉部４１は、保持部材５１が積層体５０を挟んだ状態で、保持部材５１の開口５３に積層体５０が円形に露出する。

次に、本実施形態のオイルセパレータ３１の作用について説明する。

上述したように、ブローバイガスは、エンジンの圧縮工程において、ピストン９とシリンダボア８の隙間からクランクケース４に漏出する。そして、漏出したブローバイガスは、吸気系の負圧によりクランクケース４、ガス抽出経路３０、導入孔４６及びオイル捕捉室４０（上流側捕捉室４４、オイル捕捉部４１及び下流捕捉室４０）を順に流動する。

ここで、ブローバイガスが、オイル捕捉部４１を通過する際に、オイル捕捉部４１における積層体５０の枠部分５４に、オイルミストが衝突することで捕捉され、ブローバイガスと分離される。

この際、積層体５０の積層における態様次第では、オイル捕捉部４１は、オイルミストの捕集性能を十分に発揮できないおそれがある。言い換えれば、網部材４９の積層枚数を増やしても、オイルミストの捕集性能が向上しないおそれがある。

この点、図２及び図７に示すように、オイル捕捉部４１は、支持壁４２の凹部４３に嵌めこむことで流動方向に対して傾けて設置される。そのため、積層方向に網目を揃えた積層体５０は、流動方向に対して傾けて設置されることとなる。すなわち、積層体５０は、流動方向から見た際に、隣接する網部材４９の孔部分５２同士が重ならなくなるとともに、隣接する網部材４９の枠部分５４同士が重ならなくなる。詳しくは、積層体５０を流動方向に対して垂直に設置した場合に比べて、流動方向に積層体５０を投影した際に、捕捉室４０の断面積に対する枠部分５４の面積の割合が大きくなる。そのため、オイルミストは、積層体５０の枠部分５４に衝突しやすくなる。ちなみに、積層体５０の積層方向を流動方向に対して垂直に配置した際、上述した作用効果を得るために、積層体５０は、網部材４９の網目を流動方向に対して互い違いに積層する必要がある。すなわち、本実施形態は、積層体５０の網部材４９の網目を互い違いに構成する必要がなく容易に構成することができる。

そして、捕捉室４０は、支持壁４２とオイル捕捉部４１により上流と下流に分断されている。そのため、ブローバイガスは、全量がオイル捕捉部４１の開口５３を通過する。さらに、開口５３は、捕捉室４０と比べて流路断面積が小さいので、ブローバイガスの流速が早くなる。こうして、積層体５０は、捕捉室４０に配置された状態で、ブローバイガスに含まれる小粒径のオイルミストを分離する。

また、積層体５０は、ブローバイガスの流動方向において、上流側の面が下流側の面より鉛直上方側になるように傾けて配置される。すなわち、積層体５０の最も上流側の網部材４９は、最も下流側の網部材４９より鉛直上方に配置される。そのため、オイル捕捉部４１で分離されたオイルは、重力により下流側捕捉室４５に集まりやすい。

そして、オイル捕捉部４１で分離されたオイルは、下流捕捉室４０の斜面４８を伝って鉛直下方に移動する。その結果、オイル捕捉部４１で分離されたオイルは、排出孔４７からシリンダヘッド２の内部を経由して、ガス抽出経路３０を通りオイルパン５に戻される。さらに、オイルミストが分離されたブローバイガスは、ガス還元経路３３からサージタンク１９に供給され、燃焼室２４において混合気とともに燃焼される。

上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。

（１）上記実施形態によれば、オイル捕捉部４１の積層体５０における網部材４９の積層枚数を増加させることで、オイルミストを分離しやすくできる。また、積層体５０の積層方向を流動方向に対して傾けた場合には、網部材４９を垂直に設置した場合に比べて、流動方向に網部材４９を投影したときの捕捉室４０の断面積に対する枠部分５４の面積の割合が大きくなる。こうして、網部材４９を流動方向に対して傾けた分、オイルミストが枠部分５４に衝突しやすくなり、オイルミストを分離しやすくできる。

（２）網部材４９の網目を積層方向に揃うように積層された積層体５０を流動方向に対して傾けて配置することで、積層体５０における網部材４９の網目をブローバイガスの流動方向に揃わないようにできる。すなわち、流動方向に網部材４９を投影したときに捕捉室４０の断面積に対する枠部分５４の面積の割合を大きくすることができる。

（３）オイル捕捉部４１に分離されたオイルは、ブローバイガスの勢いによって、積層体５０の下流側に集まりやすい。また、積層体５０の上流側の面が下流側の面より鉛直上方側に位置するため、オイル捕捉部４１に分離されたオイルは、重力により積層体５０の下流側に集まりやすい。そして、本実施形態では、排出孔４７がオイル捕捉部４１よりも下流側に形成されるため、網部材４９の下流側に集めたオイルを効率よく捕捉室４０の外に排出できる。

（４）排出孔４７に向かう斜面４８を形成したことで、オイル捕捉部４１で分離されたオイルが排出孔４７に向けて流れやすくなる。このため、オイル捕捉部４１が分離したオイルを捕捉室４０の外に、より排出しやすくできる。

（５）捕捉室４０のブローバイガスの流路断面積と比べて、オイル捕捉部４１の開口５３の流路断面積が小さいため、開口５３を通過するオイルミストの流速を高めることができる。そのため、ブローバイガスに含まれるオイルミストを網部材４９の枠部分５４に衝突させやすくできる。

なお、上記実施形態は、以下に示すように変更してもよい。

・網部材４９は、亀甲状のエキスパンドメタルであってもよいし、パンチングメタルであってもよい。

・積層体５０は、流動方向において、網部材の下流側の面が上流側の面より鉛直上方側になるように傾けて配置してもよい。

・流路（実施形態における捕捉室４０）を、流動方向が水平方向と交差するように配置してもよいし、流路の流動方向が鉛直方向と交差するように配置してもよい。例えば、流路を水平方向に対して３０°に傾けてもよい。

・積層体５０は、積層方向に網目が揃わないように積層してもよい。

・捕捉室４０は、例えば、管路などの流路であってもよい。すなわち、管路の内部にオイル捕捉部４１を設けてもよい。

・積層体５０は、積層した網部材４９を溶接により接合するものであってもよいし、積層した網部材４９を治具により固定するものであってもよい。

１…ブローバイガス還元装置、４０…捕捉室、４１…オイル捕捉室、４２…支持壁、４３…凹部、４４…上流捕捉室、４５…下流捕捉室、４６…導入孔、４７…排出孔、４８…斜面、４９…網部材、５０…積層体、５１…保持部材、５２…孔部分、５３…開口、５４…枠部分。

Claims (4)

1. 内燃機関で発生したブローバイガスが通過する流路と、
   前記流路に配置され、前記ブローバイガスに含まれるオイルミストを捕捉するオイル捕捉部と、を備え、
   前記オイル捕捉部は、網部材を積層してなる積層体を有し、
   前記積層体は、前記網部材の積層方向が前記ブローバイガスの流動方向に対して傾けて配置される
   オイルセパレータ。
2. 前記積層体は、前記網部材の網目が前記積層方向に揃うように積層される
   請求項１に記載のオイルセパレータ。
3. 前記流路には、前記ブローバイガスの流動方向において前記オイル捕捉部よりも下流側に、前記ブローバイガスから分離したオイルを排出する排出孔が形成され、
   前記積層体は、前記流動方向において、上流側の面が下流側の面より鉛直上方に位置するように傾けて配置される
   請求項１又は２に記載のオイルセパレータ。
4. 前記流路には、前記排出孔に向かうに連れて鉛直下方に進む斜面が形成される
   請求項３に記載のオイルセパレータ。

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