JP2021110239A - エンジン用オイルセパレータ - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる構造工夫により、遠心式のオイルセパレータを設けるにあたり、エンジン搭載車両での傾斜運転によってオイルが吸気通路に流れてしまう不都合を解消させて、傾斜運転にも適合するように改善されたエンジン用オイルセパレータを提供する【解決手段】ブローバイガスからのオイル成分を遠心力を用いて除去する遠心式分離本体９Ａと、遠心式分離本体９Ａの下側に接続されて遠心式分離本体９Ａにより捕捉されてくるオイルを横向きに排出可能な排出ガイドケース部９ｂと、を備えるとともに、排出ガイドケース９Ｂの横向き排出開口の最下端と、排出ガイドケースのオイル受け口である上面開口における横方向で横向き排出開口とは反対側の端と、を結ぶ線分Ｘの水平線Ｌに対する仰角θが３５度以上となるように設定されているエンジン用オイルセパレータ。【選択図】図９

Description

本発明は、産業用ディーゼルエンジンなど、ブローバイガス還流装置を持つエンジンに外装されるオイルセパレータ、即ちエンジン用オイルセパレータに関するものである。

産業用エンジンが搭載された走行車両や機体、例えば農用トラクタで畝地や傾斜地を移動するなど、場所によっては車体が大きく前後や左右に傾いた状態で走行されることがあり、これは傾斜運転と呼ばれる。

ブローバイガス還流装置には、ブローバイガス中のオイルミストなどのオイル成分を除去して回収するオイルセパレータが設けられている。排気量の大きなエンジンや過酷な使用状況が考えられるエンジンなどにおいては、容量を大きくし易いエンジン外装のオイルセパレータが用いられることが多い。エンジン外装のオイルセパレータ及びエンジンは、例えば、特許文献１において開示されている。

近年の高出力化や大排気量化に伴い、オイルセパレータにも大容量化が求められてきている。そこで、オイルの補足性能が改善される回転による遠心力を用いた遠心式のオイルセパレータが用いられてきている。遠心式のオイルセパレータとしては、特許文献２で開示されたものが知られている。

そこで、性能が向上する遠心式のオイルセパレータを搭載する場合、単にエンジンに搭載すると、前述した傾斜運転時に、傾斜角度がきつくなると、遠心式のオイルセパレータのローター駆動用オイルを安定して排出することができないおそれがある。

特開２０１８−３５７８７号公報 ＷＯ２０１６／２０３６４０号公報

即ち、傾斜運転などによってエンジンが傾斜した状態では、遠心式のオイルセパレータ下部の排出ガイドケースの横向き排出開口からロータ駆動用オイルを安定して排出することができず、オイルが滞留することがある。オイルが滞留すると、オイルセパレータのガス出口からエンジンの吸気通路にオイルが流入する不都合のおそれがある。

本発明の目的は、さらなる構造工夫により、遠心式のオイルセパレータを設けるにあたり、エンジン搭載車両における傾斜運転によってオイルが吸気通路に流れてしまう不都合が生じないようにして、傾斜運転にも適合するように改善されたエンジン用オイルセパレータを提供する点にある。

本発明は、エンジン用オイルセパレータにおいて、
ブローバイガスからのオイル成分を遠心力を用いて除去する遠心式分離本体と、前記遠心式分離本体の下側に接続されて前記遠心式分離本体により捕捉されてくるオイルを横向きに排出可能な排出ガイドケース部と、を備えるとともに、
前記排出ガイドケースの横向き排出開口の最下端と、前記排出ガイドケースのオイル受け口である上面開口における横方向で前記横向き排出開口とは反対側の端と、を結ぶ線分の水平線に対する仰角が３５度以上となるように設定されていることを特徴とする。

この場合、前記仰角が４０度以上に設定されていると好都合である。

本発明によれば、遠心式のオイルセパレータにおいては、排出ガイドケースの横向き排出開口の最下端と、排出ガイドケースのオイル受け口である上面開口における横方向で横向き排出開口とは反対側の端と、を結ぶ線分が３５度以上の仰角（傾斜角度）を持っている。

従って、例として３０度のきつい下り傾斜地を連続走行することがあっても、排出ガイドケース部のオイル案内面の後下がりの平均斜度はまだ５度以上あるので、問題なくオイルをエンジン内に戻せるようになり、オイルセパレータのガス出口からエンジンの吸気通路にオイルが流入する不都合は生じない。

その結果、遠心式のオイルセパレータを設けるにあたり、エンジン搭載車両における傾斜運転によってオイルが吸気通路に流れてしまう不都合が生じないようにして、傾斜運転にも適合するように改善されたエンジン用オイルセパレータを提供することができる。

産業用ディーゼルエンジンの平面図 図１のエンジンの右側面図 ヘッドカバーの平面図 図３のヘッドカバーの底面図 図３のヘッドカバーの右側面図 図３のヘッドカバーにおけるＺ−Ｚ線の断面図 ヘッドカバー部位でのブローバイガス還流装置の原理構造を示し、（Ａ）はセパレータ外装仕様の模式図、（Ｂ）はセパレータ内装仕様の模式図 セパレータ内装仕様のエンジン用ヘッドカバーの底面図 本発明によるオイルセパレータを示す一部切欠き及び省略の概略の側面図

以下に、本発明によるエンジン用オイルセパレータの実施の形態を、農用トラクタなどに適用されるブローバイガス還流装置を有する産業用の直列多気筒ディーゼルエンジンの場合について、図面を参照しながら説明する。最初にディーゼルエンジンとそのヘッドカバーの共通化に関する説明を行い、その後に本発明による遠心式のオイルセパレータの説明を行うものとする。

図１及び図２に、ブローバイガス還流装置付の直列４気筒産業用ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と略称する）Ｅが示されている。このエンジンＥは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にヘッドカバー（エンジン用ヘッドカバー）３が組付けられている。シリンダブロック１の下部がクランクケース１Ａであり、クランクケース１Ａの下にはオイルパン４が組付けられている。

エンジンＥの前部には、冷却ファン５、オルタネータ（セルダイナモ）６、ベルト伝動機構７などが配置され、エンジンＥの後部にはフライホイールハウジング８が設けられている。エンジンＥの右サイドには前記オルタネータ６、吸気マニホルド３０、オイルセパレータ（エンジン外装オイルセパレータ）９などが配置され、エンジンＥの左サイドには、吸気マニホルド（符記省略）、過給機（ターボ）１１、ＥＧＲクーラ（符記省略）などが配置されている。

エンジンＥは、ブローバイガス中のオイル成分を除去するオイルセパレータ９が、専用の部品としてヘッドカバー３の外部に配置される仕様（エンジン外装オイルセパレータ仕様、以下「セパレータ外装仕様」と呼ぶ）である。図示は省略するが、このエンジンＥと基本は同じで詳細が異なる（例：排気量が少し大きい又は小さい、出力の違い、など）ことから、オイルセパレータがヘッドカバー内にある仕様（ヘッドカバー内装オイルセパレータ仕様、以下「セパレータ内装仕様」と呼ぶ）のエンジンも設定されている。

〔セパレータ外装仕様のヘッドカバー３などについて〕
セパレータ外装仕様のエンジンＥ（図１，２に示すエンジン）では、ヘッドカバー３に、外装のオイルセパレータ９に対するブローバイガスの出口（ガス中間出口部）と入口（ガス中間入口部）とを設ける必要があるが、そのような出口と入口は、セパレータ内装仕様のエンジンにおけるヘッドカバーには必要がない。従って、セパレータ外装仕様のヘッドカバー３と、セパレータ内装仕様のヘッドカバー３３（図８参照）とは別部品になるため、それぞれに成形用の金型が必要になる、というのが従来の技術常識であった。

それに対して、本発明では、主にガス中間出口部及びガス中間入口部に関する構造工夫により、各仕様のヘッドカバー３，３３を１つの金型で成形できるようにすることに成功している。次に、前述の構造工夫がなされたヘッドカバーについて、セパレータ外装仕様のヘッドカバー３を用いて説明する。

図３〜図６に示されるように、セパレータ外装仕様のエンジンＥに用いられるヘッドカバー３は、上部左部の一部を上方突出させてなる突出カバー部３Ａと、主カバー部３Ｂとを備える段付き無底箱状の部品である。突出カバー部３Ａはカバー天井壁３ａと周壁３ｓとを有しており、その内部空間はブローバイガスを通すためのカバー内ガス通路Ｗである。主カバー部３Ｂは、カバー上壁３ｂ、カバー前壁３ｆ、カバー後壁３ｒ、カバー左壁３ｃ、カバー右壁３ｄを有し、その内部空間は、ロッカーアームなどの動弁機構（図示省略）を配置するための動弁室Ｓである。

図３〜図６において、１２はインジェクタ用孔、１３はオイル給油口孔、１４は調圧弁１５（ＰＣＶ弁などであって図１参照）を設ける場所として突出カバー部３Ａの前端部に形成された起立壁である。突出カバー部３Ａの内側の底部位には、下向きで前後に長い略ループ状の取付座１６が形成されており（図４参照）、実機においては、取付座１６には仕切り板１７がボルト止めされる。仕切り板１７は、ブローバイガスの通路であるカバー内ガス通路Ｗを個室化（孤立化）させるために動弁室Ｓとを仕切る底板部材である。

つまり、セパレータ外装仕様におけるカバー内ガス通路Ｗは、突出カバー部３Ａ（カバー天井壁３ａと周壁３ｓ）と仕切り板１７とによりなる箱状構造体Ｂの内部空間としてヘッドカバー３内に形成されている。なお、突出カバー部３Ａを持たない単純形状のヘッドカバーにおいては、箱状構造体Ｂは、カバー上壁３ｂなどのヘッドカバー壁から下方突出状態で形成されてもよく〔図７（Ａ参照）、勿論、突出カバー部３Ａを持つ構成でもよい。

突出カバー部３Ａのカバー天井壁３ａの前後中央やや後寄りの位置には、動弁室Ｓに連通される出口側の通孔１８ａを有するガス中間出口部１８と、カバー内ガス通路Ｗに連通される入口側の通孔１９ａを有するガス中間入口部１９とが形成されている。取付座１６におけるガス中間出口部１８に対応する箇所の右側縦座部１６ａは、大きく円弧状に左側に凹入する形状に形成されており、その部分のカバー内ガス通路Ｗの左右幅が左側に圧縮されている。

互いに傾斜構造部であるガス中間出口部１８とガス中間入口部１９とのそれぞれには、右上と左下とを繋ぐ傾斜を有する横向き斜めの出口側及び入口側の通孔１８ａ，１９ａが、ヘッドカバー３の素材の型成形後における機械加工、即ち後加工により形成されている。ガス中間出口部１８は、その出口側の通孔１８ａを動弁室Ｓに開口させるため、その後側のガス中間入口部１９よりも少し右側に寄せて配置されている。

ガス中間出口部１８には、ブローバイガスをオイルセパレータ９に送るための管状の供給通路２４が接続され、ガス中間入口部１９には、オイルセパレータ９からのブローバイガスをヘッドカバー３に送るための管状の排出通路２５が接続されている。入口側の通孔１９ａは、カバー内ガス通路Ｗの始端部（後端部）に臨むように配置形成されている。つまり、ガス中間出口部１８が箱状構造体Ｂの外側に臨むように設定され、かつ、ガス中間入口部が箱状構造体Ｂの内側に臨むように設定されている。

起立壁１４の前側におけるカバー天井壁３ａには、調圧弁１５を経たブローバイガスを過給機（吸気通路の一例）１１に送るためのガス出口２０が形成されている。右斜め前に向く姿勢のガス出口２０には、過給機１１のコンプレッサ側に繋がれる還流ダクト２３が連通接続されている。調圧弁１５及び起立壁１４は、カバー内ガス通路Ｗの終端部（前端部）に配置されている。

セパレータ外装仕様のエンジンでは、図７（Ａ）に模式図で示されるように、シリンダヘッド２から上がってくるブローバイガスｇは、動弁室Ｓを通ってガス中間出口部１８から供給通路２４を通ってオイルセパレータ９に入る。オイルセパレータ９でオイル成分が除去された後のブローバイガスｇは、排出通路２５及びガス中間入口部１９を通ってカバー内ガス通路Ｗに入り、ここで流れるときにも若干のオイル除去作用を受けた後、調圧弁１５、ガス出口２０を通って還流ダクト２３に送り出される。

〔セパレータ内装仕様のヘッドカバーなどについて〕
図７（Ｂ）、及び図８に示されるように、セパレータ内装仕様のエンジン（図示省略）のヘッドカバー３３は、カバー天井壁３ａにおけるガス中間出口部１８よりもブローバイガス流れ方向で上流側に、閉塞仕様のカバー内ガス通路形成部材３４（又は３５）を螺着するための雌ねじ部２２が形成されたボス部２１が設けられている。このボス部２１（図８参照）は、セパレータ外装仕様のヘッドカバー３でも設けられている（図４参照）。

ガス中間出口部１８及びガス中間入口部１９には通孔１８ａ，１９ａが後加工されずに鋳肌のまま、即ち閉塞されており、かつ、ボス部２１には後加工によって雌ねじ部２２が形成されている。取付座１６の適所には、３箇所の雌ねじ部２２も後加工で設けられている。従って、計４箇所の雌ねじ部２２を用いて、カバー内ガス通路Ｗを形成するための底板部材３４、又は専用の部品であって、起立壁１４の内側に臨むガス出口とガス入口とを有する小型オイルセパレータ（又はセパレータ内蔵のブローバイガス通路構造体）３５をヘッドカバー３の内部に設けることができる。

セパレータ内装仕様のエンジンでは、図７（Ｂ）に模式図で示されるように、シリンダヘッド２からのブローバイガスｇは、底板部材３４によるカバー内ガス通路Ｗ又は小型オイルセパレータ３５のガス入口３６から入り、オイルフィルタ（又はオイルセパレータ）３７でオイル成分の除去が行われた後のブローバイガスｇは、調圧弁１５及びガス出口２０を通って出る、という順路になる。ガス中間出口部１８及びガス中間入口部１９は閉じているので、別途にガス入口３６が必要である。なお、小型オイルセパレータ３５には、図示しないガス出口がある。

以上説明したように、ヘッドカバー３，３３は、型成形時には通孔１８ａ，１９ａの無いガス中間出口部１８とガス中間入口部１９、及びと雌ねじ部２２の無いボス部２１が一体形成されているだけの状態であり、この状態ではセパレータ外装仕様のヘッドカバー３とセパレータ内装仕様のヘッドカバー３３とは全く同じ部品であり、従って、成形型（金型）は１種類でよい。型成形状態の未加工（機械加工されていない状態）ヘッドカバーに、ガス中間出口部１８の通孔１８ａとガス中間入口部１９の通孔１９ａとを後加工で作って開通仕様とすれば、セパレータ外装仕様のヘッドカバー３にすることができる。そして、ボス部２１に雌ねじ部２２を後加工で作って通孔１８ａ，１９ａを形成しない閉塞仕様とすれば、セパレータ内装仕様のヘッドカバー３３にすることができる。

つまり、セパレータ外装仕様として見れば、ヘッドカバー３は、クランクケース１Ａからのブローバイガスを吸気通路１１に導くためのカバー内ガス通路Ｗと、カバー内ガス通路Ｗの終端部のカバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａに形成されるガス出口２０と、動弁室（カバー内ガス通路Ｗ以外のカバー内空間部）Ｓに臨む状態でカバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａに形成されるガス中間出口部１８と、カバー内ガス通路Ｗに臨む状態でカバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａに形成されるガス中間入口部１９と、を備えている。

そして、ガス中間出口部１８及び／又はガス中間入口部１９は、エンジン外装オイルセパレータ９へのブローバイガス給排通路２４，２５の連通接続を可能とすべくカバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａを貫通する通孔１８ａ，１９ａが形成された開通仕様と、カバー天井壁（ヘッドカバー壁）３ａの内部側へのオイルセパレータ配置を可能とすべく通孔１８ａ，１９ａを形成しない閉塞仕様と、の選択が可能とされている。

従って、エンジンの排気量や輸出国の使用状況などの条件により、セパレータ外装仕様とセパレータ内装仕様とが設定されるエンジンであって、仕上げ構成が互いに異なる２種類のヘッドカバー３，３３は、それらの金型としては１種類で済み、生産コストや部品コストの低減、及び部品管理コストの低減化が行える利点がある。

次に、セパレータ外装仕様における遠心式のオイルセパレータ９について説明する。図９に示されるように、遠心式のオイルセパレータ（以下、単にオイルセパレータと呼ぶ）９は、ブローバイガスからのオイル成分を遠心力を用いて除去する遠心式分離本体９Ａと、遠心式分離本体９Ａの下側に接続されて遠心式分離本体９Ａにより捕捉されてくるオイルを横向きに排出可能な排出ガイドケース部９Ｂと、を備えている。

なお、このエンジン外装の（遠心式の）オイルセパレータ９の基本構造は、特許文献２において開示されている通りの構造であるため、排出ガイドケース部９Ｂ以外の機能や構造の説明は割愛する。簡単のため、図９においては、遠心式分離本体９Ａの部分はハッチングで塗りつぶしてある。また、図９において、３０は吸気マニホルドである。

図９に示されるように、オイルセパレータ９においては、排出ガイドケース部９Ｂの横向き排出開口２６の最下端と、排出ガイドケース部９Ｂのオイル受け口である上面開口２７における横方向で横向き排出開口２６とは反対側（前側）の端と、を結ぶ傾斜した線分Ｘの水平線Ｌに対する仰角θが３５度以上となるように設定されている。

排出ガイドケース部９Ｂは、軸心Ｐの回りの盛り上がり部２８を有するとともに、後下がり傾斜した案内面２９とその後端である横向き（後向き）排出開口２６が形成されている。図９において、３１はエンジンの後端部に設けられた伝動ケースであり、その前面に排出ガイドケース部９Ｂが連結されている。従って、オイルセパレータ９で捕捉及び回収されたオイルは、横向き排出開口２６から伝動ケース３１の内部へと戻されるように構成されている。

遠心式のオイルセパレータ９においては、線分Ｘが３５度以上の仰角（傾斜角度）θを持っているので、例えば３０度のきつい下り傾斜地を連続走行することがあっても、排出ガイドケース部９Ｂの案内面２９の後下がりの平均斜度はまだ５度ある。故に、問題なくオイルをエンジン内にもどすことができ、オイルセパレータ９のガス出口からエンジンの吸気通路にオイルが流入する不都合は生じない。なお、仰角は４０度以上に設定されていると、よりきつい角度での傾斜運転が可能になって好都合である。

〔別実施形態〕
図９では、排出ガイドケース部９Ｂの横向き排出開口２６が後向きに開口しているが、前や左右に開口するようにされたオイルセパレータ９でも良い。

９ オイルセパレータ
９Ａ 遠心式分離本体
９Ｂ 排出ガイドケース部
Ｌ 水平線
Ｘ 線分
θ 仰角

Claims (2)

1. ブローバイガスからのオイル成分を遠心力を用いて除去する遠心式分離本体と、前記遠心式分離本体の下側に接続されて前記遠心式分離本体により捕捉されてくるオイルを横向きに排出可能な排出ガイドケース部と、を備えるとともに、
   前記排出ガイドケースの横向き排出開口の最下端と、前記排出ガイドケースのオイル受け口である上面開口における横方向で前記横向き排出開口とは反対側の端と、を結ぶ線分の水平線に対する仰角が３５度以上となるように設定されているエンジン用オイルセパレータ。
2. 前記仰角が４０度以上に設定されている請求項１に記載のエンジン用オイルセパレータ。

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