JP2586179B2

JP2586179B2 - 気液分離装置

Info

Publication number: JP2586179B2
Application number: JP2118672A
Authority: JP
Inventors: 雅樹武山; 猪頭　　敏彦; 融吉永; 昌宏滝川
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1997-02-26
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JPH0374508A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はエンジンのブローバイガス処理装置に関する
もので、特にブローバイガス中に含まれるオイルミスト
を分離し、エンジンのオイル溜へ戻す気液分離装置に特
徴を有するものである。

〔従来の技術〕

エンジンのクランク室又はそれと通じているシリンダ
ヘッドのヘッドカバー内からブローバイガスをエンジン
の吸気管へ導入するブローバイガス還元装置は知られて
おり（例、特開昭59−208116号公報参照）、また、上記
のようなブローバイガス還元通路の途中に、ブローバイ
ガス中に混っているオイルミストを捕捉して分離するオ
イルトラッパ等を設けるものも知られている（例、特開
昭59−206610号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ブローバイガスを単に吸気管へ吸入させて処理する場
合は、それに含まれているオイルミストが分離されない
で吸気管に入るから、オイルの消費量が増加したり、吸
気系にオイル或いはその分解生成物などが付着し、時に
は堆積して、いろいろな障害をひき起こすことがあるの
で、吸気管へ吸入されるブローバイガスからオイルミス
トを分離してオイル溜へ返戻する必要がある。

しかし、邪魔板を有するオイルトラッパ等によってオ
イルミストを捕捉することができても、吸気管へ吸引さ
れているブローバイガスの流れに逆らって、捕捉したオ
イルを同じ管路によりクランク室又はヘッドカバー内へ
戻すことは、管路がよほど太くない限り困難なことであ
り、前記従来技術の後者においても、捕捉されたオイル
はエンジンの運転中はオイルストレーナ等に付着してい
て、運転を停止したときに、自重でクランク室のオイル
溜に戻るようになっている。

したがって、長時間運転を続けることによって、オイ
ルストレーナ等に付着するオイルの量が増加して、飽和
状態になった時は、捕捉されるオイルミストの量と、ブ
ローバイガスの流れによって再び霧化されるオイルの量
が平衡して、それ以上はオイルミストを捕捉することが
できなくなるおそれがある。

本発明においては、ブローバイガス等の気体中からオ
イルトラッパ等において捕捉分離されたオイルが再び霧
化して、吸気管へ吸引されるブローバイガス等の気体中
に混入されることがないようにし、捕捉されたオイルが
効率よく機関のオイル溜に返戻されるように改善するこ
とを発明の課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前記の課題を解決するための手段として、
オイル分を含んだ気体を導く第１の通路手段の途中に設
けられ、前記第１の通路手段を流れる気体を旋回させる
ことによって気体中からオイル分を分離させるサイクロ
ン式の分離手段と、前記第１の通路手段における前記分
離手段よりも下流側に設けられ、上流側の一端が前記分
離手段の内部に開口すると共に下流側の他端が上方に向
かって開口しているブローバイガス流入通路と前記ブロ
ーバイガス流入通路の出口開口の周囲においてそれより
も大径の円筒型ケーシングとの間に形成される環状溝か
らなり、前記分離手段によって気体中から分離したオイ
ルを凝集させて一時的に貯溜するオイル溜手段と、前記
オイル溜手段に連通し、前記オイル溜手段に貯溜された
オイルを機関のオイル溜へ返戻する前記第１の通路手段
とは別の第２の通路手段と、前記オイル溜手段に貯溜さ
れるオイルを機関の作動中に吸引し、オイルが前記第２
の通路手段を通過して前記機関のオイル溜に向かって移
動するように前記オイル溜手段に貯溜されたオイルを付
勢する吸引手段とを備えていることを特徴とする気液分
離装置を提供する。

〔作用〕

本発明の気液分離装置においては、オイル分を含んだ
ブローバイガスのような気体を導く第１の通路手段の途
中にサイクロン式の分離手段が設けられているので、気
体の流れは旋回運動を与えられることによって含まれて
いたオイル分を分離し、分離手段の壁面にオイルが付着
する。分離手段によって気体中から分離したオイルは凝
集して分離手段の壁面上で油膜を形成したのち、やはり
第１の通路手段に形成された環状溝からなるオイル溜手
段へ流入して一時的に貯溜される。オイル溜手段に溜ま
ったオイルを機関のオイル溜へ返戻するために、第１の
通路手段から分岐する第２の通路手段が設けられてお
り、更に、機関の作動中にオイルを吸引する吸引手段が
設けられているので、オイル溜手段に溜まったオイルは
吸引手段によって付勢され、第２の通路取を通過して円
滑に機関のオイル溜へ戻る。従って、第１と通路手段の
下流側にはオイル分を含まないブローバイガスのような
気体だけが流れる。

〔実施例〕

第１図に第１の実施例を示す。ディーゼルエンジン本
体１のシリンダ101内にはピストン102が往復動自在に収
容される。シリンダ101の下方にはクランク室103が設け
られ、このクランク室103はまた潤滑油をブローバイガ
スするオイルパン104の上方空間を形成する。この潤滑
油はピストン102とシリンダ101の間を潤滑する。エンジ
ン本体１の上部に載置されたシリンダヘッド105の上面
た凹陥されて油溜め部106が形成され、この油溜め部106
の上方はヘッドカバー107により覆われる。オイルパン1
04のオイルは図示しないオイルポンプより、シリンダヘ
ッド105のカム軸受の各潤滑部に供給される。潤滑後、
油溜め部106に溜ったオイルは、ヘッド105及びエンジン
本体に穿設された通路114を介してクランク室103に流出
し、オイルパン104に還流される。上記、油溜め部106と
ヘッドカバー107の空間にブローバイガス室115が形成さ
れる。このブローバイガス室115はヘッドカバー107上部
に取り付けられたオイルセパレータ２、還元通路118を
介して吸気管117に連通している。エンジンの燃焼室116
より図示しないピストンリングのすき間を介してクラン
ク室103に排出されたブローバイガスは、上記通路114、
ブローバイガス室115を通過する際にオイルミストを吸
収する。オイルミストを吸収したブローバイガスは本発
明のオイルセパレータ２でオイルミストが分離され、実
質的にオイルを含まないブローバイガスだけが還元通路
118を介して、吸気管117へ還流される。

なお第１図中の108は吸気弁又は排気弁、109は弁ステ
ム、110はロッカーアーム、111はロッカーシャフト、11
2はカム、113はカムシャフト、112はカム、113はカムシ
ャフトをそれぞれ示しており、これらは通常のエンジン
と同様な構造を有する。

次にオイルセパレータ２の構造を第２図で説明する。
オイルセパレータ２は旋回流発生装置201及び吸引式ト
ラッパ202から成る。旋回流発生装置201はブローバイガ
ス流入口203、ケーシング204、内筒205、ブローバイガ
ス流出口206、及びオイルドレーン弁207から成る。旋回
流発生装置201のブローバイガス流出口206、内筒205及
びケーシング204た同心関係でヘッドカバー107にネジ止
めされている。ケーシング204は円筒部208及びテーパ部
209から成り、円筒部208の側面には、円筒の接線方向を
軸とするブローバイガス流入口203が開口している。テ
ーパ部209の底面は平らになっており、底面中心及び円
周上に複数個の穴210が貫通している。底面中心の穴210
には、ゴムで出来たきのこ状のオイルドレーン弁207の
軸211が下方より挿入固定されており、傘部212が上記複
数個の穴210を覆っている。

吸引式トラッパ202はブローバイガス流入通路213、流
出通路214、円筒型ケーシング215、さらにオイル吸引通
路216から成る。吸引式トラッパ202はテーパネジにより
ブローバイガス流出口206と同軸上にヘッドカバー107に
ネジ止めされている。ブローバイガス流入通路213と円
筒型ケーシング215の内径は、ブローバイガス流入通路
の方が円筒型ケーシングよりも小の関係になっている。
ブローバイガス流入通路213は、円筒型ケーシング215の
内壁底面より突出しており、ブローバイガス流入通路21
3の外壁、円筒型ケーシング215の内壁側面及び内壁底面
によって、第１のオイル溜手段としてと環状溝217を形
成している。環状溝217には第２の通路手段としてのオ
イル吸引通路216が開口している。さらにその開口方向
には旋回流発生装置201により発生するブローバイガス
の旋回方向と同一になる様に構成されている。上記ブロ
ーバイガス流出通路214は第１図の還元通路118を介し、
吸気管117に連通している。またオイル吸引通路216は吸
引手段と一例であるブレーキブースタ用のバキュームポ
ンプ３に連通している。

バキュームポンプ３の構造を第３図で説明する。バキ
ュームポンプ３はハウジング301、偏心式ロータ302、ベ
ーン303から成り、偏心式ロータ302の回転軸は図示しな
いクランクシャフトのプーリーによりベルト駆動される
オルタネータのシャフトと共通であり、ハウジング301
はオルタネータに固定されている、ハウジング301は円
筒型でブレーキ用ブースタ４とブースタ用チャック弁30
4を介しブースタ吸引ポート305に連通する。吸引式トラ
ッパ202のオイル吸引通路216は逆流防止弁306を介し、
セパレータ吸引ポート307に連通する。バキュームポン
プ潤滑通路308からは図示しないエンジン潤滑用油圧ラ
インより潤滑オイルが供給される。さらにバキュームポ
ンプ３にはバキュームポンプ潤滑通路308から供給され
たオイル、ブレーキ用ブースタ４からブースタ用チェッ
ク弁304を介して吸引したエア、吸引式トラッパ202から
吸引したオイル及びエアをバキュームポンプ３内から排
出するための排出口309が開口している。そして排出口3
09はエンジン本体１のクランク室103と連通している。
セパレータ吸引ポート307は偏心式ロータ302の回転方向
から見てブースタ吸引ポート305と排出口309との間に位
置し、ハウジング301、偏心式ロータ302、及びベーン30
3で形成される室を通して、ブースタ吸引ポート305及び
排出口309と直接導通しない位置に開口している。

クランク室103からオイル戻り通路114を経てブローバ
イガス室115に侵入するオイルミストを含んだブローバ
イガスは、オイルセパレータ２の旋回流発生装置201の
内部へ、ブローバイガス流入口203から流入する。その
後、ブローバイガスは、オイルミストと共にケーシング
204の円筒部208内壁面を旋回しながら下方に流れた後、
内筒205の内壁面を旋回しながらブローバイガス流出口2
06を経て吸引式トラッパ202のブローバイガス流入通路2
13に進入する。この間ブローバイガスに含まれるオイル
ミストの大半は慣性力によりブローバイガスから分離
し、旋回流発生装置201のケーシング204の円筒部208、
内筒205及び吸引式トラッパ202のブローバイガス流入通
路213の各内壁面に付着することによって捕捉され液膜
化される。さらに吸引式トラッパ202のブローバイガス
流入通路213に到達したブローバイガス及び液膜化され
たオイルが、ブローバイガス流入通路213の突出部から
円筒型ケーシング215に流出する。このとき通路径の拡
大により、ブローバイガス流入通路213から円筒型ケー
シング215への低圧付着渦が発生し、液膜化したオイル
が環状溝217にトラップされて溝の底部に溜まる。一
方、オイル分と分離された清浄なブローバイガスは、ブ
ローバイガス流出通路214から還元通路118を経てエンジ
ンの吸気管117に吸入され燃焼室に送られる。流入口203
から流出通路214までのブローバイガスが流れる一連の
通路を「第１の通路手段」と呼ぶことにする。なお、旋
回流発生装置201により発生した旋回流の方向とオイル
吸引通路216の開口方向とが同一接線方向である溜、環
状溝217にトラップされたオイルの吸引回収は円滑に行
なわれる。

次にバキュームポンプ３によるオイルの吸引・作動を
説明する。バキュームポンプ３の偏心式ロータ302が第
３図において右方向へ回転を行なうと、上記ハウジング
301、偏心式ロータ302、ベーン303により形成される吸
引室310は次第に拡大する為負圧になる。その為、ブレ
ーキブースタ４は負圧となっている。また、図中バキュ
ームポンプ３の室311は圧縮行程に相当するが、大気圧
と比べると、まだ負圧状態が保たれており吸引式トラッ
パ202の環状溝217の圧力より低い値となっている。この
為、環状溝217に溜ったオイルがバキュームポンプ３内
にブローバイガスの一部と共に、オイル吸引通路216−
逆流防止弁306−セパレータ吸引ポート307を介して吸引
される。吸引されたオイル及び空気は、バキュームポン
プの排出口309よりクランク室103に還流される。

なお、旋回流発生装置201のケーシング204内でブロー
バイガスから分離してケーシング204の内壁に付着した
オイルは、凝集してテーパ部209に案内されケーシング
の底部に集まるが、その量が増えると主としてエンジン
の停止時に自重によりゴム製のオイルドレーン弁207を
押し開いて、エンジンの油溜め部106へ流下する。

第４図にバキュームポンプ等のオイル吸引装置の代り
に別の吸引手段を備えたオイルセパレータ２の第２実施
例を示す。

この例におけるオイルセパレータ２は、第２図に示す
ものと同様な旋回流発生装置201と吸引式トラッパ202を
有する。ケーシング204の底面の中心部を貫通して、上
端が内筒205の内部に達している管状の負圧通路601が設
けられ、その下端は、旋回流発生装置201の下方に付設
されたオイル溜り室602に開口していて、該通路601によ
り内筒205内部とオイル溜り室602とを連通している。オ
イル溜り室602の底部には、第２図に示すセパレータ２
と同様に複数の穴210が穿孔されており、底面中心の穴
にはゴム製のきのこ状オイルドレーン弁207の軸211が下
方より挿入固定されていて、傘部212が上記複数個の穴2
10を覆っている。オイル溜り室602の側面には、インレ
ットポート607がねじ止めされて開口している。ヘッド
カバー107には連絡ポート609が開口していて、その上下
の開口はそれぞれオイル吸引通路610、及びオイル吸引
通路611と接続している。吸引式トラッパ202の環状溝21
7に開口するオイル吸引通路216は、オイル吸引通路61
1、連絡ポート609、オイル吸引通路610、インレットポ
ート607、すなわち第２の通路手段を介して第２のオイ
ル溜手段であるオイル溜り室602と連通している。

ブローバイガスが流入口203から旋回流発生装置201の
ケーシング204内へ接線方向に流入することにより、旋
回流発生装置201内にはブローバイガスの旋回流が発生
するが、それによってブローバイガスに含まれているオ
イルが遠心力を受けてケーシング204の内壁等に付着し
て捕捉されると共に、旋回流の中心部で特に円筒205と
中心部は低圧となるため、それと連通しているオイル溜
り室602内も低圧となり、その圧力は吸引式トラッパ202
の環状溝217の圧力よりも低くなる。従って環状溝217か
ら前述のオイル吸引通路216,611、連絡ポート609、オイ
ル吸引通路610、インレットポート607、オイル溜り室60
2の順に圧力段落によるブローバイガスの部分的な流れ
が生じる。この流れに、吸引式トラッパ202でトラップ
されたオイルが吸引され、オイル溜り室602に流入す
る。

オイル溜り室602では、ブローバイガスの流速が小さ
くなるためオイルが分離して室602内に滞溜し、ブロー
バイガスは第３の通路手段である負圧通路601を通って
ケーシング204に戻る。エンジンの運転中は室602内が負
圧になっているから、オイルドレーン弁207は吸引され
て閉弁状態にあるため、室602内に滞溜したオイルは、
第１実施例の場合（第２図）と同様に、エンジン停止時
にオイルドレーン弁207を押し開いてヘッドカバー107内
に戻る。この実施例では、吸引式オイルトラッパ202の
環状溝217に捕捉されたオイルを、負圧通路601を介して
オイル溜り室602に伝られる旋回流発生装置201における
ブローバイガスの旋回流による負圧によって吸引付勢
し、遅滞なくオイル溜り室602へ回収するので、旋回流
発生装置201と第３の通路手段である負圧通路601、第２
のオイル溜手段であるオイル溜り室602が吸引手段とな
って、特別なポンプ等を設ける必要がなく、また吸引式
トラッパ202に常に最良の条件で使用することができる
利点がある。

第５図にバキュームポンプ３とフロート弁710を併用
したオイルセパレータ２の第３実施例を示す。この例に
おいてもオイルセパレータ２は第２図に示したものと同
様な部分を有するので、それらの部分には第２図と同じ
符号を付し、詳細な説明を省略する。旋回流発生装置20
1のテーパ部209の底面は開口しており、フロード弁710
がその下面にねじ止めされている。フロート弁710はフ
ロート711、メッシュ702、角筒型のフロート弁ハウジン
グ703、及びオイルドレーン通路704から成る。メッシュ
702はテーパ部209の底面に接着されている。フロート71
1は中空の球形をなしフロート弁ハウジング703に自由に
収納されている。フロート弁ハウジング703の内壁に
は、三角柱型の突起705が３面に設けてあり、残りの一
面にはオイルドレーン通路704が開口している。オイル
ドレーン通路704はフロート弁ハウジング703にねじ止め
され、オイル吸引通路216、ブレーキブースタ用バキュ
ームポンプ３（第１図及び第３図参照）と連通してい
る。

オイルセパレータ２内に多量のオイルが入ってきた場
合、ほとんどのオイルは旋回流発生装置201内でブロー
バイガスから分離されてフロート弁710内に侵入する。
通常の場合、フロート711はバキュームポンプ３の負圧
に引きつけられて、フロート弁ハウジング703の穴712に
密着している。オイルの量が増えて所定値以上の液面に
なると、フロート711の浮力がバキュームポンプ３の負
圧に打ち勝ってフロート711が浮き上がり、穴712を開い
たとき、フロート弁ハウジング703内のオイルが速やか
にバキュームポンプ３に吸引されてオイルパン104（第
１図参照）へ回収される。フロート弁ハウジング703内
の液面が低下し、フロート711の位置が下がると、バキ
ュームポンプ３の負圧により再びフロート弁ハウジング
703の穴712に密着する。

以上の作動により余分な空気がバキュームポンプ３へ
流入することが避けられ、クランクケース内圧の増大が
防止できる、なお、メッシュ702はフロート711の上昇に
より旋回流発生装置201との通路が閉じるのを防ぐもの
である。また、突起705はフロート711が、オイルにより
壁面に密着し、作動不良となるのを防止している。

〔発明の効果〕

本発明は前記手段のような構成により前記のような作
用を生じるので、その結果、気体を導く第１の通路手段
の気体は、必要な圧力差をもって円滑に流れる。そして
気体を導く第１の通路手段の途中に設けられたサイクロ
ン式の分離手段によってオイル分が確実に分離され、第
１のオイル溜手段の柱に貯溜されるので、再び気体によ
って霧化されることがない。貯溜されたオイルは、気体
を導く第１の通路手段とは別の専用の第２の通路手段を
介して吸引手段によって吸引されて機関のオイル溜に返
戻されるので、第１の通路手段を流れる気体に逆行して
オイルを流すようなことがない。

このようにして、本発明によれば第１の通路手段によ
って気体を導く作用が円滑に行なわれ、その際にオイル
分が混入されることがない。また、オイル分を捕捉し、
前記の圧力差があるにもかかわらず円滑に機関のオイル
溜へ確実に返戻することができるので、オイルの消費量
が低減し、オイル量不足によるトラブルを発生するおそ
れがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例と共にエンジンの全体構成
を示す縦断面図、第２図は第１実施例のオイルセパレー
タを拡大して示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は
断面図、第３図は同じくバキュームポンプの拡大した断
面図である。第４図は同じく第２実施例を示す縦断正面
図、第５図は同じく第３実施例を示すもので、（ａ）は
Ａ−Ａ線における横断平面図、（ｂ）は縦断正面図であ
る。１……エンジン本体、２……オイルセパレータ、３……バキュームポンプ、４……ブレーキ用ブースタ、 103……クランク室、104……オイルパン、 105……シリンダヘッド、106……油溜め部、 107……ヘッドカバー、116……燃焼室、 117……吸気管、201……旋回流発生装置、 202……吸引式トラッパ、 203……ブローバイガス流入口（第１の通路手段の上流
側部分）、 205……内筒、206……ブローバイガス流出口、 207……オイルドレーン弁、209……テーパ部、 210……穴（複数個）、 213……ブローバイガス流入通路（第１の通路手段の中
間部分）、 214……流出通路（第１の通路手段の下流側部分）、 216……オイル吸引通路（第２の通路手段の一部）、 217……環状溝（オイル溜手段）、302……偏心式ロー
タ、 303……ベーン、305……ブースタ吸引ポート、 306……逆流防止弁、307……セパレータ吸引ポート、 309……排出口、 601……負圧通路（第３の通路手段）、 602……オイル溜り室（第２のオイル溜手段）、 607,610,611……オイル吸引通路（第２の通路手段の一
部）、 704……オイルドレーン通路、705……突起、 711……フロート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者滝川昌宏愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (56)参考文献実開昭59−7212（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−137712（ＪＰ，Ｕ) 実開昭62−179315（ＪＰ，Ｕ) 実公昭58−33209（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】オイル分を含んだ気体を導く第１の通路手
段の途中に設けられ、前記第１の通路手段を流れる気体
を旋回させることによって気体中からオイル分を分離さ
せるサイクロン式の分離手段と、前記第１の通路手段における前記分離手段よりも下流側
に設けられ、上流側の一端が前記分離手段の内部に開口
すると共に下流側の他端が上方に向かって開口している
ブローバイガス流入通路と、前記ブローバイガス流入通
路の出口開口の周囲においてそれよりも大径の円筒型ケ
ーシングとの間に形成される環状溝からなり、前記分離
手段によって気体中から分離したオイルを凝集させて一
時的に貯溜するオイル溜手段と、前記オイル溜手段に連通し、前記オイル溜手段に貯溜さ
れたオイルを機関のオイル溜へ返戻する前記第１の通路
手段とは別の第２の通路手段と、前記オイル溜手段に貯溜されるオイルを機関の作動中に
吸引し、オイルが前記第２の通路手段を通過して前記機
関のオイル溜に向かって移動するように前記オイル溜手
段に貯溜されたオイルを付勢する吸引手段と、を備えていることを特徴とする気液分離装置。
【請求項２】前記吸引手段が、前記第２の通路手段の途中に介在してオイルを一時的に
貯溜する第２のオイル溜手段と、前記分離手段における旋回流の中心部と前記第２のオイ
ル溜手段とを連通して負圧を伝達する第３の通路手段とによって構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の気液分離装置。
【請求項３】前記吸引手段が、機関のオイル溜に向かっ
て吐出するバキュームポンプによって構成されていて、
前記第２の通路手段の末端が前記バキュームポンプの内
部に開口していることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の気液分離装置。
【請求項４】前記第２のオイル溜手段は、機関の運転中
に当該第２のオイル溜手段内に発生する負圧により吸引
されて閉弁する弁体を有することを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の気液分離装置。