JP3020370B2 - 気液分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関によって駆動
されるコンプレッサによって圧縮された空気から、不純
物である水と潤滑油を分離して無害化するための気液分
離装置に関するもので、この気液分離装置は、例えば自
動車のエアサスペンションシステム等に使用するのに好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車のエアサスペンションシス
テムにおいては、自動車の走行用の内燃機関によって駆
動されるコンプレッサによって空気を圧縮し、車輪を支
持している空気ばねのようなアクチュエータへ圧縮空気
を供給しているが、そのコンプレッサを潤滑するための
潤滑油としては、例えば内燃機関のオイルポンプによっ
て加圧されたエンジンオイルの一部を分流させて使用し
ている。従って、圧縮されて吐出された空気の中には潤
滑油が混じっているので、もし潤滑油の混じった圧縮空
気がそのままエアサスペンションのアクチュエータへ供
給されると、アクチュエータに使用されているゴム製の
部品が劣化する恐れがある。

【０００３】更に、夏期のように、高温、高湿の空気を
コンプレッサが吸入して圧縮するとき、圧縮された空気
が高圧配管系の中で放熱して温度が低下すると、空気中
に含まれていた水蒸気が凝縮して水になるので、その水
によって配管の内部やシステムの構成部品等に錆が発生
する恐れがある。

【０００４】潤滑油の混じった圧縮空気から潤滑油を分
離して回収するには、例えば、本出願人の先願に係る特
開平３−７４５０８号公報に記載されているような気液
分離器を利用すればよいが、それを含めて従来の気液分
離器によれば、圧縮された空気中から潤滑油を分離する
ときに、同じ液体である水を潤滑油と区別することなく
分離するため、分離された潤滑油には水が含まれてい
る。コンプレッサの潤滑油を内燃機関から供給している
場合、気液分離器によって回収した潤滑油を内燃機関の
オイルパンへ送り返すと、それと共に水もオイルパンに
入る結果、内燃機関やコンプレッサへ供給される潤滑油
に水が混入して、潤滑不良によるピストンの焼きつき等
の障害を起こす恐れがある。しかしながら、もし回収し
た水の混じった潤滑油をそのまま外部へ放出すれば環境
汚染の一因になりかねない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の気液
分離器における前述のような問題点を解決し、内燃機関
によって駆動されるコンプレッサによって圧縮された空
気から潤滑油と水を分離して、圧縮された空気の供給を
受ける機器においてゴム製部品の劣化や金属部品の錆の
発生等を防止すると共に、分離した潤滑油が環境汚染の
原因とならないように無害化することができる、新規な
気液分離装置を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の目的を
達成するための手段として、内燃機関によって駆動され
て空気を圧縮するコンプレッサから、圧縮された空気の
供給を受ける機器までの空気の通路に設けられ、圧縮さ
れた空気の中から液体粒である潤滑油と水を捕集して分
離する気液分離器と、分離された潤滑油と水を前記気液
分離器から送り出す回収通路に設けられ、前記回収通路
の圧力に応じて前記回収通路の接続先を切り換える切換
弁と、前記コンプレッサが駆動されて前記回収通路の圧
力が所定値よりも高くなったときに、前記切換弁と流路
径を狭める絞りを介して前記回収通路が接続される前記
内燃機関の吸気通路と、前記コンプレッサが停止して前
記回収通路の圧力が所定値よりも低くなったときに、前
記切換弁を介して前記回収通路が接続される少なくとも
内部に吸油材を有する保油器とから構成されていること
を特徴とする気液分離装置を提供する。

【０００７】

【作用】内燃機関によって駆動されるコンプレッサによ
って圧縮された空気は、その供給を受ける機器までの通
路の途中に設けられた気液分離器によって、その中に含
まれていた潤滑油と水を分離される。不純物を取り除か
れた圧縮空気は目的の機器に供給されて支障のない作動
を行うことができる。分離された潤滑油と水は、気液分
離器内の圧力によって回収通路を経て切換弁の流入口へ
送られるが、この切換弁は回収通路の圧力によって接続
先を切り換えるようになっており、コンプレッサが駆動
されて回収通路の圧力が所定値よりも高くなっていると
きには、絞りを介して回収通路を内燃機関の吸気通路へ
接続する。それによって、潤滑油と水は内燃機関の燃焼
室へ吸入され、潤滑油は燃料と共に燃焼し、水は蒸発し
て燃焼を促進する等、無害化された後に外気中へ放出さ
れる。

【０００８】コンプレッサが停止したときは、気液分離
器内の圧力と共に回収通路の圧力も低下して大気圧に近
づくが、その圧力が所定値よりも低くなった時点で、切
換弁は流路を切り換えて回収通路を保油器に接続する。
保油器の内部には吸油材が収容されているので、コンプ
レッサが駆動されていた間に分離されて気液分離器に残
っていた潤滑油は保油器内の吸油材に吸収されて保持さ
れ、外気中に放出されて環境汚染の原因になることが防
止される。また、コンプレッサのみならず、同時に内燃
機関も停止した場合には、もし、気液分離器内に残って
いた圧縮空気の圧力が吸気通路へ導かれていると、噴射
されて吸気通路の内壁に付着している残留燃料が蒸発
し、空気と共に吸気通路内を逆流してエアクリーナ等か
ら外気中に放出され、所謂エバポエミッションを起こす
恐れがあるが、本発明によれば、そのような場合には切
換弁によって回収通路と機関の吸気通路の連通が遮断さ
れるので、エバポエミッションを回避することができ
る。

【０００９】

【実施例】図１に実施例の気液分離装置の全体を関連構
成を含めて示す。図１において、１はベーンタイプのコ
ンプレッサで、円筒形の内面を有するハウジング２の中
心に対して偏心して軸承されたロータ３には、半径方向
に出没することができる多数のベーン４が支持されてい
る。そしてハウジング２の外周の一側には空気を吸入す
るための吸気ポート５が、また、他側には圧縮された空
気を送り出す吐出ポート６が開口している。コンプレッ
サ１には、図示しない自動車の内燃機関のオイルポンプ
から加圧された潤滑油（エンジンオイル）の一部が分流
して供給されており、ハウジング２の内面とベーン４と
の摺動面等を潤滑している。

【００１０】コンプレッサ１の吐出ポート６は銅等の熱
伝導性の高い材料からなる冷却通路７に接続されてお
り、冷却通路７の外面（場合によっては内面にも）には
多数のフィン８が形成されている。また、冷却通路７の
他端は気液分離器９の入口通路１０に接続されており、
その出口通路１１は空気の配管を介して、例えば図示し
ないエアサスペンションのアクチュエータへ接続され
る。なお、冷却通路７は自動車のエンジンルームの中で
も走行風が当たるような通気の良い場所に設置されてお
り、フィン８は走行風によって冷却されるようになって
いる。

【００１１】気液分離器９の構造を図２に例示する。こ
の気液分離器９は主として、微粒の液体成分を含む気体
に旋回運動を与えて気液分離を促すためのサイクロンハ
ウジング１２と、その下流側の同軸線上に接続されて、
旋回する気流の中から液体成分を分離して捕捉するため
のトラッパ１３とから構成されている。サイクロンハウ
ジング１２は略円筒形の外形を有しており、その上部寄
りの外面には接線方向に、前述のように冷却通路７に接
続している入口通路１０が開口している。サイクロンハ
ウジング１２内の旋回室１４には、上部の開口から底部
に達しない長さをもつ内筒１５が垂下しており、内筒１
５はトラッパ１３の底部中心からトラッパ１３の空間１
６内に向かって上方に起立している突出筒１７に接続し
ている。サイクロンハウジング１２の上部に取り付けら
れているトラッパ１３も略円筒形であって、その頂部に
は前述の出口通路１１が開口している。また、トラッパ
１３の内筒面と突出筒１７の間の空間１６の底部には周
溝１８が形成される。サイクロンハウジング１２の下面
には、底壁１９がボルト２０によって取り付けられてい
る。

【００１２】気液分離器９におけるトラッパ１３の周壁
の一部を接線方向に貫通して、空間１６の底部に形成さ
れた周溝１８に通じるように回収通路２１の一端が開口
しており、その他端は図３に例示したような構造を有す
る切換弁２２の流入口２３に連通している。切換弁２２
の弁ハウジング２４の内部にはシリンダ２５が形成され
ており、その上端側開口に前述の流入口２３が設けられ
ている。また、シリンダ２５の下端側には吸気管ポート
２６が、また、両端の中間付近の側面には保油器ポート
２７がそれぞれ開口している。

【００１３】シリンダ２５には円筒形の弁ピストン２８
が摺動自由に嵌合されているが、弁ピストン２８にはＴ
字形通路２９が形成されていて、弁ピストン２８の位置
によって流入口２３が図３のように保油器ポート２７に
連通するか、又は吸気管ポート２６に連通するというよ
うに、吸気管ポート２６と保油器ポート２７のいずれか
一方を選択して流入口２３へ接続する。

【００１４】弁ピストン２８は、シリンダ２５の段部に
上端を取り付けられたコイルスプリング３１の下端に連
結されており、それによって常時上方に向かって付勢さ
れている。コイルスプリング３１の力と釣り合うことに
よって弁ピストン２８を押し下げる力は、分離された潤
滑油と水を後述のように切換弁２２の流入口２３へ押し
込む回収通路２１の圧力が、弁ピストン２８の全面積に
作用することによって発生する。なお図示実施例の場
合、コイルスプリング３１は引っ張りばねとして使用さ
れているが、コイルスプリングをシリンダ２５の底壁３
０の側に取り付けて、圧縮ばねとして構成することもで
きる。

【００１５】図１に示すように、切換弁２２の吸気管ポ
ート２６は、連結通路３２によって自動車の内燃機関３
３の吸気通路３４の一部、例えばサージタンク３５に接
続されている。また、切換弁２２と吸気通路３４を結ぶ
通路の一部に空気の流量を制限する絞り３６が設けられ
る。図示実施例では絞り３６を連結通路３２の途中に設
けているが、切換弁２２内やサージタンク３５への入口
等に設けてもよい。

【００１６】周知のことであるから作動等の詳細な説明
は省略するが、図１において３７は各シリンダ共通のサ
ージタンク３５の上流側に設けられたスロットル弁、３
８は１つのシリンダ、３９はピストン、４０はシリンダ
ヘッド、４１はそれらによって形成される燃焼室、４２
は吸気弁、４３は排気弁、４４は燃料噴射弁、４５は点
火栓をそれぞれ示している。

【００１７】一方、切換弁２２の保油器ポート２７には
図４に例示したような構造を有する保油器４６が接続さ
れる。保油器４６は適当な形状の密閉容器であって、そ
の外壁の各一部には、保油器ポート２７に接続される入
口４７と、直接に、或いは図１に示すような通気管５１
を介して大気に開放する出口４８とがそれぞれ開口して
おり、内部の空間４９には、例えば吸油性のある不織布
のような、通気性と保油性を共に有する吸油材５０が収
容されている。

【００１８】次に図示実施例の作動について説明する。
吸気ポート５から吸入されてコンプレッサ１によって圧
縮された空気は高温になり、吐出ポート６から冷却通路
７の方へ吐出されるが、圧縮された空気には吸入空気が
始めから含んでいた水蒸気の他に、コンプレッサ１の潤
滑のために内燃機関から供給された潤滑油の一部が微細
なオイルミストになって含まれている。冷却通路７はフ
ィン８を介して自動車の走行に伴う空気の流れ等によっ
て冷却されているから、冷却通路７の内部を圧縮された
空気が流れると、冷却されて温度が低下すると共に、そ
れに含まれていた水蒸気は凝縮して微細な水滴に変化す
る。

【００１９】冷却通路７を通過した圧縮空気は、入口通
路１０から気液分離器９内に流入するが、入口通路１０
がサイクロンハウジング１２に対して接線方向に開口し
ていることから、旋回室１４内には一方向に旋回する気
流が生じ、その気流は旋回しながら内筒１５内に入って
上昇し、突出筒１７からトラッパ１３内の空間１６へ流
出する。気流が予め冷却通路７によって冷却されている
だけでなく、旋回室１４内で旋回運動を与えられて遠心
力を受けるために、圧縮空気中に含まれていたオイルミ
ストと微細な水滴は空気から分離し、凝集して内筒１５
及び突出筒１７の内壁等に液膜状に付着すると共に、空
気の流れに引きずられて内筒１５及び突出筒１７内を上
昇する。そして、液膜は気流が突出筒１７からトラッパ
１３内の空間１６に出たところで周溝１８によって捕捉
され、液状の潤滑油と水になって周溝１８内に溜まる。
潤滑油と水分を除去された空気は、出口通路１１から図
示しないエアサスペンションのアクチュエータへ供給さ
れるが、潤滑油と水を気液分離器９によって除去されて
いるので、支障なくシステムを作動させる。

【００２０】前述のようにして、エアサスペンションの
ためにコンプレッサ１が駆動されている間は、気液分離
器９におけるトラッパ１３の底部に設けられた周溝１８
に分離された潤滑油と水が溜まるので、潤滑油と水は回
収通路２１を通って流入口２３から切換弁２２のシリン
ダ２５内へ流入する。流入口２３にはコンプレッサ１に
よって圧縮された空気の圧力が気液分離器９を通じて加
わっていると共に、切換弁２２の吸気管ポート２６に
は、保油器４６を通じて大気圧が作用しているから、そ
の圧力差を受けている弁ピストン２８はコイルスプリン
グ３１に引っ張り力を発生させながら下方へ移動する。

【００２１】コンプレッサ１が駆動されている状態で
は、気液分離器９内の空気の圧力は勿論、回収通路２１
及び切換弁２２の流入口２３の圧力も相当に高くなって
おり、コイルスプリング３１の強さによって決まる所定
の値を越えているから、弁ピストン２８はシリンダ２５
の底壁３０に当たるまで押し下げられ、流入口２３が弁
ピストン２８のＴ字形通路２９を介して吸気管ポート２
６に連通する。

【００２２】図１に示した実施例の場合は、コンプレッ
サ１の駆動による圧力の上昇によって切換弁２２の流入
口２３と吸気管ポート２６が連通すると、気液分離器９
のトラッパ１３の周溝１８に溜まる潤滑油と水は回収通
路２１と連結通路３２を通って内燃機関３３のサージタ
ンク３５へ流入する。コンプレッサ１の駆動によって加
圧されている気液分離器９のトラッパ１３の空間１６
と、内燃機関３３の吸気負圧が作用している吸気通路３
４との間にはかなり大きな圧力差が生じるから、潤滑油
と水はその圧力差によってサージタンク３５等の吸気通
路３４内へ強制的に送りこまれることになるが、その圧
力差によって同時に大量の空気が吸気通路３４へ流入す
ると内燃機関の空燃比が変動するし、コンプレッサ１の
吐出圧も減少するので、経路の途中に絞り３６を設ける
ことによって空気の流れを制限し、回収された潤滑油と
水を流すのに必要な程度の空気流量としている。

【００２３】内燃機関３３の吸気通路３４内へ送りこま
れた潤滑油と水は、吸気弁４２が開弁する吸気行程にお
いて、吸気や燃料噴射弁４４から噴射される燃料と共に
燃焼室４１内に流入し、炭化水素が主成分である潤滑油
は燃料と共に燃焼して無害化され、水は蒸発して燃焼室
４１内での燃料の燃焼を促進した後に、排気弁４３が開
弁する排気行程において外気中へ放出される。燃焼室４
１内の高温によって燃焼した潤滑油等は、排気ガスの中
に二酸化炭素や水蒸気等の形で拡散して含まれているの
で、大気中に放出されても環境汚染の原因になる恐れは
ない。

【００２４】コンプレッサ１の駆動が停止されたとき
は、気液分離器９内に作用していた圧縮空気の圧力は或
る程度の時間をかけて減衰して大気圧に近づいて行くか
ら、それに応じて切換弁２２の流入口２３の圧力も緩や
かに低下するが、コンプレッサ１の停止直後に、流入口
２３の圧力が、切換弁２２を切り換える圧力としてコイ
ルスプリング３１によって設定されている所定値まで低
下したときに、弁ピストン２８はコイルスプリング３１
に引かれて上昇して、図３に示すような位置をとる。そ
れによって、流入口２３と吸気管ポート２６との連通は
遮断されるので、気液分離器９の周溝１８において回収
された潤滑油と水が気液分離器９内に残っている空気の
圧力によって暫くの間送り出されても、それが内燃機関
３３の吸気通路３４へ送られることはなく、切換弁２２
の流入口２３と弁ピストン２８のＴ字形通路２９を通っ
て保油器ポート２７から保油器４６へ導かれる。

【００２５】保油器４６内には通気性と保油性のある吸
油材５０が収容されているので、潤滑油は吸油材５０に
吸収されて保持され、水と僅かな量の空気は吸油材５０
を透過して出口４８から通気管５１等を通って大気中へ
放出される。放出される水と空気には潤滑油は含まれて
いないので、それらの放出物が環境汚染の原因になる恐
れはない。

【００２６】また、内燃機関３３を停止する際に、その
直前までコンプレッサ１が駆動されていた場合には、内
燃機関３３及びコンプレッサ１が停止しても、気液分離
器９内の圧力は緩やかに低下するので、暫くの間はトラ
ッパ１３の空間１６の圧力が大気圧よりも高い状態が続
く。もし、空間１６が、常に内燃機関３３の吸気通路３
４に連通しているとすれば、内燃機関３３が停止した時
に気液分離器９等に残っている圧縮空気が、回収通路２
１及び連結通路３２を通って吸気通路３４内に流入する
が、吸気通路３４内には燃料噴射弁４４から噴射された
燃料が管壁に付着して残っているので、連結通路３２か
ら流入した空気が付着燃料を蒸発させ、燃料と空気の混
合気となって吸気通路３４を逆流し、図示しないエアク
リーナから外気中へ流出して、所謂エバポエミッション
を起こす恐れがある。

【００２７】しかしながら、図示実施例では回収通路２
１と連結通路３２との間に切換弁２２が設けられてお
り、内燃機関３３の停止によってコンプレッサ１も停止
して気液分離器９内の圧縮空気の圧力が僅かに低下する
と、切換弁２２の弁ピストン２８が敏感に反応してシリ
ンダ２５の底壁３０に着座していた状態から、図３に示
すような位置へ迅速に移動して、流入口２３と吸気管ポ
ート２６との連通を遮断し、流入口２３を保油器ポート
２７へ接続するので、圧縮空気が吸気通路３４内へ流入
することは防止され、圧縮空気は保油器４６の吸油材５
０を通過して、潤滑油を残して外部へ放出され、気液分
離器９内の圧力を急速に大気圧まで低下させる。従っ
て、大気汚染の一因になるエバポエミッションが防止さ
れる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の気液分離装置によれば、コンプ
レッサによって圧縮された空気に含まれている潤滑油と
水が除去されるので、圧縮空気の供給を受ける機器にお
いてゴム製の部品が劣化したり、配管の内部やシステム
の構成部品等に錆が発生する恐れがなくなる。分離され
た潤滑油と水はコンプレッサを駆動している内燃機関の
燃焼室内で燃焼させることによって無害化されるので、
燃焼後に外気中に放出されても環境汚染の原因になる恐
れがない。

【００２９】更に、本発明によれば、コンプレッサが停
止するときには気液分離器によって分離された潤滑油と
水の回収通路を切換弁によって切り換えて、分離された
潤滑油と水を内燃機関の吸気通路へ送り込まないように
しているので、内燃機関が停止した場合でも、気液分離
器に残っている圧縮された空気の残圧によってエバポエ
ミッションが発生するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の気液分離装置の全体構成を示す断面図
である。

【図２】気液分離器の構造を例示する断面図である。

【図３】切換弁の構造を例示する断面図である。

【図４】保油器の構造を例示する断面図である。

【符号の説明】

１…コンプレッサ ７…冷却通路 ８…フィン ９…気液分離器 １２…サイクロンハウジング １３…トラッパ １４…旋回室 １５…内筒 １６…空間 １７…突出筒 １８…周溝 ２１…回収通路 ２２…切換弁 ２３…流入口 ２５…シリンダ ２６…吸気管ポート ２７…保油器ポート ２８…弁ピストン ３１…コイルスプリング ３３…内燃機関 ３４…吸気通路 ３５…サージタンク ３６…絞り ４１…燃焼室 ４６…保油器 ５０…吸油材 ５１…通気管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉永 融 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 (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 (72)発明者 平岩 信男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 安池 修 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 村田 正博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60G 17/052

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関によって駆動されて空気を圧縮
   するコンプレッサから、圧縮された空気の供給を受ける
   機器までの空気の通路に設けられ、圧縮された空気の中
   から液体粒である潤滑油と水を捕集して分離する気液分
   離器と、分離された潤滑油と水を前記気液分離器から送
   り出す回収通路に設けられ、前記回収通路の圧力に応じ
   て前記回収通路の接続先を切り換える切換弁と、前記コ
   ンプレッサが駆動されて前記回収通路の圧力が所定値よ
   りも高くなったときに、前記切換弁と流路径を狭める絞
   りを介して前記回収通路が接続される前記内燃機関の吸
   気通路と、前記コンプレッサが停止して前記回収通路の
   圧力が所定値よりも低くなったときに、前記切換弁を介
   して前記回収通路が接続される少なくとも内部に吸油材
   を有する保油器とから構成されていることを特徴とする
   気液分離装置。