JP4352228B2 - ブリーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブローバイガスの気液分離が行われるブリーザ装置に関する。

一般に、内燃機関の圧縮工程又は膨張工程においてピストンとシリンダとの間からクランクケース内に漏出するブローバイガスは、霧状のオイル粒子と混合されてオイルミストになる。このようにオイル分とガス分を含むブローバイガスは、通常、気液分離が施された後、オイル分は回収され、ガス分は内燃機関側へ還元される。このとき、気液分離が不十分であると、オイル消費が増大するため、種々の気液分離構造や装置が提案されている。

このような気液分離構造又は装置の一例として、特許文献１には、エンジンのシリンダヘッドカバーで画成されたブリーザチャンバと、それに連通するオイルセパレータとしてのサイクロンと、ブリーザチャンバに連通する第１のオイル排出路と、サイクロンに連通する第２のオイル排出路と、それら二つのオイル排出路を集合させると共にオイル溜部が設けられた連通路とを備えており、第２のオイル排出路がオイル溜部に貯留されたオイル中に没入してその端部がオイル中に開口するように構成されたブリーザ装置が開示されている。

このブリーザ装置は、ブリーザチャンバにサイクロンを設けてブローバイガスからのオイル回収量を増大させると共に、サイクロンに連通する第２のオイル排出路をオイル溜部に貯留されたオイル中に開口させることにより、ブリーザチャンバ内のブローバイガスが両オイル排出路を通してサイクロンへ逆流してしまうことを防止すべく企図されたものである。
特開２００３−１２０２５０号公報

しかし、上記従来のブリーザ装置では、吸気側負圧の大きさとオイル溜部に溜まったオイル量との関係によっては、そのオイル溜部のオイルが第２のオイル排出路を通してサイクロン内に急激に（突発的に）逆流し、更にサイクロン及び吸気系を通して瞬時に多量のオイルがエンジン等の内燃機関に一気に流入してしまうおそれがある。こうなると、その際の衝撃によってエンジン性能が低下したり、場合によってはエンジンや吸気系等のエンジン周辺部位が破損したりといった不都合が生じてしまう。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、ブローバイガスから分離除去されたオイル分が一旦貯留されるときに、そのオイル分がオイルセパレータを介し吸気系を通して内燃機関に一気に流入してしまうことを防止でき、内燃機関及びその周辺部位が破損するおそれを解消できるブリーザ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明によるブリーザ装置は、オイル分とガス分とを含むブローバイガスが供給され、そのブローバイガスの気液分離が行われるオイルセパレータと、そのオイルセパレータに連通するように接続されており、ブローバイガスから分離されたオイル分が貯留される空間を有しており、その空間を上下に複数の領域に離隔し且つその複数の領域が連通するように開口した連通部が形成された隔壁を有しており、更に、底部に形成されたオイル排出口に前記空間内へのオイルの逆流を阻止する逆止弁が設けられているオイル溜り部とを備えるものである。

このように構成されたブリーザ装置においては、ブローバイガスがオイルセパレータに供給されてオイル分とガス分とが互いに分離される。通常、ガス分は、ブリーザ装置が設置された内燃機関等の吸気系に戻される一方で、オイル分はオイル溜り部へ送出され、一旦貯留された後、回収される。貯留されたオイルをオイル溜り部から回収するには、例えば、オイル回収系に接続され且つオイルの逆流を防止するための逆止弁が設けられたオイル排出管をオイル溜り部の底部に接続すると好ましい。

ここで、オイル溜り部は、所望量のオイルを貯留可能な容積の空間を有しており、その内部には隔壁が設けられて上下に複数の領域（空間領域）が画成されている。各々の領域は、隔壁に設けられた連通部によって互いに連通しており、オイルが流通できるようにされている。よって、オイルは、複数の領域のうち下方に位置する領域から留まっていき、その領域が満杯になると、その上方の領域に順に溜まっていく。通常は、下方に位置する領域が満たされる前に、上述したようなオイル排出管を開放してオイルを排出させるのが好ましい。しかし、逆止弁の固着等が生じてオイルを排出できなくなると、基準量を超える量のオイルがオイル溜り部に留まり、より上方の領域にもオイルが溜まるようになる。

そのように過量のオイルがオイル溜り部に貯留された状態で、内燃機関の運転条件等によって過度の吸気系負圧が作用すると、従来の構造では、オイルセパレータ内にオイルが一気に逆流し、更に吸気系を通して吸い出され、内燃機関へ流入する事態が懸念され得る。これに対し、本発明では、そのような状態で過度の吸気系負圧が作用しても、隔壁に連通部が存在することにより、隔壁より下方の領域に溜まったオイルは上方の領域に吸い込まれ難くなるので、急激且つ多量な逆流の発生が抑制される。

このように下方の領域からのオイルの逆流を有効に抑制するには、隔壁に形成された連通部の開口面積が小さい程よいが、極度に小さいとオイルの下方への流通（流動）が阻害され易い傾向にある。より具体的には、隔壁の一方面の面積Ｓに対し、連通部の開口面積が、好ましくはＳ／５０００〜Ｓ／１０程度、より好ましくはＳ／１０００〜Ｓ／５０程度が好ましい。

また、隔壁の具体的な形態としては、例えば、オイル溜り部の形状に依らず、オイル溜り部の内部空間を上下に少なくとも二つに分画するような板状体が挙げられる。このときの連通部のより具体的な形態としては、板状体の面内に穿設された連通孔、板状体の外周の一部に形成された切り欠き等が挙げられ、或いは、オイル溜り部の内（周）形状よりも小さい外（周）形状を有する板状体を設置したときに生じる間隙を連通部としてもよい。

さらに、連通部を設ける位置としては、特に制限されないが、オイルセパレータとオイル溜り部との接続部位つまりオイルセパレータの下端部と、非同軸状に設けられると好ましく、そのような両者の接続部位からの距離が遠い程より好ましい。こうすれば、オイルが急激且つ多量に逆流することが更に生じ難くなる。

またさらに、隔壁は、連通部の開口周縁又はその周縁の近傍から下方に突設された突出部が設けられたものであるとより好ましい。こうすれば、隔壁で離隔された下方の領域から上方の領域へのオイルの移動が更に阻害され、急激且つ多量のオイルの逆流が一層抑止される。

本発明のブリーザ装置によれば、ブローバイガスから分離除去されたオイル分が一旦貯留されるときに、そのオイル分がオイルセパレータを介して吸気系ひいては内燃機関に一気に流入してしまうことを確実に防止でき、内燃機関及びその周辺部位が破損するおそれを解消することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。

図１は、本発明によるブリーザ装置の好適な一実施形態の構成を模式的に示す斜視図（一部ブロック図）である。ブリーザ装置１は、車両や動機器等（図示せず）に備わる内燃機関１０１、吸気系１０２、及びオイル回収系１０３に接続されたＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）システムを構成するものである。

ブリーザ装置１は、内燃機関１０１の例えば図示しないクランクケースに配管Ｐ１を介して接続されたプレセパレータ２の後段に、整流ポンプ３を介してオイルセパレータ４が接続され、更にその下方に配置されたオイル保持タンク６（オイル溜り部）を備えるものである。オイルセパレータ４は、併置された二台のサイクロンセパレータ４１，４１を有している。また、それらのサイクロンセパレータ４１，４１には、オイル分が分離除去されたブローバイガスが排出され且つ配管Ｐ２を介して吸気系１０２に接続されたガス排出部５が併設されている。さらに、オイル保持タンク６の底壁には、配管Ｐ３を介してオイル回収系１０３に接続されたオイル排出部７が接続されている。

図２は、図１におけるII−II線に沿う要部断面図である。サイクロンセパレータ４１，４１は、それぞれ逆カップ状を成す胴部４１１と逆円錐部４１２とを備えており、その逆円錐部４１２の下端にオイル排出管４１３が接合されたものである。また、各胴部４１１の側壁には、吸入管３１を介して整流ポンプ３に接続されたガス導入口３ａが設けられている。さらに、各胴部４１１の上壁に穿設された貫通孔には、ガス出口管５１が嵌入されている。これらのガス出口管５１，５１は、途中で合流されてガス排出部５に接続されている。

オイル保持タンク６は、略直方体状の容器６０の内部に隔壁８１が設置されたものであり、その隔壁８１によって容器６０の内部空間が、上下に隔てられた複数の空間領域すなわち上方空間領域Ｓａと下方空間領域Ｓｂとに離隔されている。容器６０の底壁には、オイル排出口６１が設けられており、その周囲に管状を成すオイル排出部７の一方端が接合されている。また、オイル排出部７の内部には、オイル排出口６１を開閉するように可動する逆止弁７１が設けられている。

ここで、図３は、図２におけるIII−III線に沿う断面図である。隔壁８１は、容器６０の胴壁内に嵌合するような外形を有する板状体であり、その面内に連通孔Ｈ（連通部）が形成されたものである。また、隔壁８１の下面における連通孔Ｈの開口周縁には、下方に突設された（すなわち下方空間領域Ｓｂに突出した）環状凸部８１ａ（突出部）が設けられている（図２参照）。

このように構成されたブリーザ装置１においては、オイル粒子（オイル分）と燃焼ガス（ガス分）との気液混合体であるブローバイガスが、まず、プレセパレータ２に供給される。ブローバイガスに含まれるオイル粒子のうち比較的径が大きいものは、プレセパレータ２を通る間に分離除去される。

次に、ブローバイガスは、整流ポンプ３によって流量調整等が行われた後、サイクロンセパレータ４１，４１の胴部４１１，４１１内にその接線方向に沿って供給される。このように、オイルセパレータ４は接線流入式のタンデム型サイクロンセパレータとして機能する。

各サイクロンセパレータ４１内に導入されたブローバイガスの流れは、胴部内で直線流から渦流に変化し、胴部４１１の内壁に沿って回転しながら螺旋状に下降する。それから、逆円錐部４１２に到達すると、回転速度を増しながら更に下降し、逆円錐部４１２の下端近傍で反転上昇し、胴部４１１の略中心部を回転しながら上昇する。

この際、ブローバイガスから分離除去されていない比較的微小なオイル粒子は、旋回運動によって遠心力を得て胴部４１１，４１１の内壁に向かって水平方向に移動し、その内壁に衝突して運動量を失う。このオイル粒子は、胴部４１１及び逆円錐部４１２の内壁を順次伝って流下しながら集積され、オイル排出管４１３の下端４１ｂからオイル保持タンク６内に滴下する。

こうして、ブローバイガスの気液分離が行われ、各サイクロンセパレータ４１の胴部４１１内を上昇するガスはオイル分が分離された清澄ガスとなり、ガス出口管５１の下端４１ａからガス出口管５１内へ吸入され、ガス排出部５を通して吸気系１０２へ送られる。

一方、オイル保持タンク６内に滴下したオイルは、容器６０内の上方空間領域Ｓａから連通孔Ｈを通して下方空間領域Ｓｂ内に流入する。下方空間領域Ｓｂに溜まったオイルは、逆止弁７１の開動作によりオイル排出口６１が開放されて適宜（随時）オイル回収系１０３へ送られる。

また、逆止弁７１は、例えば、内燃機関１０１の負荷状態の変動による吸気系負圧の変化、オイル回収系１０３への送出操作のタイミング、及び、オイル回収系１０３へのオイル送出量等の諸条件に応じて適宜閉じられる。これにより、オイル排出口６１が閉止され、オイル保持タンク６やサイクロンセパレータ４１，４１へのオイルの逆流が抑制される。このときの逆止弁７１の定常的な開閉制御としては、吸気系負圧を用いたり、或いは、他系統から独立した電動駆動又は機械駆動方式を用いたりといった種々の公知の手法を採用することができる。

ここで、万一、逆止弁７１が閉状態（つまりオイル排出口６１が閉止された状態）で固着してしまうような異常が生じると、オイルがオイル保持タンク６から排出されずにその内部に流入し続ける。こうなると、オイル保持タンク６の下方空間領域Ｓｂがオイルでやがて満たされ、更に上方空間領域Ｓａをも満たしてゆく。

その結果、貯留されたオイルの液面Ｌがオイル排出管４１３の下端４１ｂ近傍に近づいた状態で、内燃機関１０１の運転状態等によって吸気系１０２が過度の負圧になった場合、従来のブリーザ装置では、上述の如く、多量のオイルが一気に吸気系１０２から内燃機関１０１まで逆流するおそれがある。

これに対し、本発明のブリーザ装置１によれば、オイル保持タンク６に隔壁８１が設けられて上方空間領域Ｓａ及び下方空間領域Ｓｂが画成されており、且つ、その隔壁８１に設けられた連通孔Ｈがいわゆる‘絞り’として機能する。すなわち、万一、逆流が生じ得る状況となったとしても、連通孔Ｈよりも上側の領域からの吸い込みが主となる。よって、下方空間領域Ｓｂに貯留されたオイルが上方空間領域Ｓａへ流入することが抑制されるので、万一、オイルセパレータ４へのオイルの逆流が起こるとしても、上方空間領域Ｓａ内に溜まった少量のオイルのみが移動する。

したがって、瞬時に多量のオイルが吸気系１０２から内燃機関１０１まで一気に流入することを十分に防止でき、これにより、内燃機関１０１や吸気系１０２へ荷重衝撃が印加されることによる性能低下や破損を抑止できる。

さらに、連通孔Ｈの開口周縁から下方に環状凸部８１ａが形成されているので、下方空間領域Ｓｂから上方空間領域Ｓａへのオイルの移動が更に阻害され、オイルの逆流を一層抑制することができる。

ここで、連通孔Ｈの開口面積は、特に制限されるものではないが、例えば、隔壁８１の一方面の面積Ｓに対し、連通孔Ｈの開口面積が、Ｓ／５０００〜Ｓ／１０程度であると好ましく、Ｓ／１０００〜Ｓ／５０程度であるとより好ましい。この比率が上記下限値を下回ると、オイルの性状（粘性等）によっては、上方空間領域Ｓａから下方空間領域Ｓｂへのオイルが流動し難くなる傾向にある。一方、その比率が上記上限値を上回ると、場合によっては、一定時間内に下方空間領域Ｓｂから上方空間領域Ｓａへ逆流するオイル量が不都合に増大する傾向にある。

さらに、隔壁８１において連通孔Ｈを設ける位置も、特に制限されず、例えば、図３において一点鎖線で示したように任意の位置に形成することができ、サイクロンセパレータ４１とオイル保持タンク６との接続部位つまりオイル排出管４１３の下端４１ｂから離れている程好ましい。こうすれば、下方空間領域Ｓｂからのオイルの逆流を更に防止できる。また、連通孔Ｈを複数設けてもよく、この場合、全ての連通孔Ｈ，…の開口面積の合計が上述した比率の範囲を満たすように設けられると好適である。

本発明によるブリーザ装置の他の実施形態として、図３に示す隔壁８１の代わりに図４に示す隔壁８２を備えること以外は図１及び図２に示すブリーザ装置１と同様に構成されたものを例示できる。図４は、隔壁８２を備えるブリーザ装置において図２におけるIII−III線に沿う断面図に相当するものである。

隔壁８２は、図３に示す隔壁８１と略同等の外形状を有しており、連通孔Ｈに代えて角隅部に三角状の切り欠きＫが設けられたものである。切り欠きＫの大きさは、特に制限されないが、その開口面積が上述した連通孔Ｈに対する面積比率の範囲を満たすようにすると、前述と同様の理由により好適である。

また、切り欠きＫを設ける位置及び数は、図示のように一隅でもよく、例えば、同図に一点鎖線で示したように四隅に形成しても構わない。切り欠きＫを複数設ける場合、全ての切り欠きＫ，…の開口面積の合計が上述した面積比率の範囲を満たすように設けられると好適である。

本発明によるブリーザ装置の更に他の実施形態として、図３に示す隔壁８１の代わりに図５に示す隔壁８３を備えること以外は、図１及び図２に示すブリーザ装置１と同様に構成されたものが挙げられる。図５は、隔壁８３を備えるブリーザ装置において図２におけるIII−III線に沿う断面図に相当するものである。

隔壁８３は、図３に示す隔壁８１と略同等の外形状を有しており、連通孔Ｈに代えて両方の長辺の一部に矩形状の切り欠きＪ１，Ｊ１が設けられたものである。各切り欠きＪ１の大きさは、特に制限されないが、その開口面積が上述した連通孔Ｈに対して好ましい面積比率の範囲を満たすと、上述と同様の理由から好適である。

また、切り欠きＪ１を設ける位置及び数は、図示のように両方の長辺でなくてもよく、例えば、一方の長辺でもよく、同図に一点鎖線で示したように短辺の少なくともいずれか一方（切り欠きＪ２）に形成しても構わない。切り欠きＪ１，Ｊ２を複数設ける場合、全ての切り欠きＪ１，Ｊ２，…の開口面積の合計が上述した面積比率の範囲を満たすようにすると好適である。

これらのように構成された本発明によるブリーザ装置の他の実施形態によっても、ブリーザ装置１と同等の作用効果を奏することができる。なお、重複を避けるため、ここでの説明は省略する。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限度において様々な変形が可能である。例えば、オイルセパレータ４としてサイクロンセパレータ４１以外のものを用いてもよい。また、サイクロンセパレータ４１は一台でもよく、三台以上を連設してもよい。さらに、オイル保持タンク６の形状も限定されず、例えば、下部を逆錐状として、その下端にオイル排出部７を接続してもよい。またさらに、隔壁８１〜８３は、平板状でなくてもよく、例えば曲面又は凹凸面を有していてもよい。この場合には、連通孔Ｈや切り欠きＫ，Ｊ１，Ｊ２を凹部に設けるとよい。

さらにまた、連通孔Ｈや切り欠きＫ，Ｊ１，Ｊ２の開口形状も、図示のものに限られない。加えて、隔壁８１〜８３のそれぞれを又は組み合わせて複数設置し、オイル保持タンク６の内部を複数の空間領域に離隔してもよい。また、隔壁８１〜８３を水平ではなく、傾けた状態で容器６０内に設置しても構わない。さらに、凸部８１ａは環状でなくてもよい。またさらに、切り欠きＫ，Ｊ１，Ｊ２の周縁下方に突出体（突出部）を設けてももちろんよい。

本発明によるブリーザ装置は、ブローバイガスから分離除去されたオイル分が一旦貯留されるときに、そのオイル分がオイルセパレータを介し、吸気系を通して内燃機関に一気に流入してしまうことを防止でき、内燃機関及びその周辺部位が破損するおそれを解消できるので、更なる高出力化及び高性能化が図られ且つ更なる信頼性及び安全性が追求される内燃機関、及びそのような内燃機関を備える機器、動機、設備等に広く利用できる。

本発明によるブリーザ装置の好適な一実施形態の構成を模式的に示す斜視図（一部ブロック図）である。 図１におけるII−II線に沿う要部断面図である。 図２におけるIII−III線に沿う断面図である。 隔壁８２を備えるブリーザ装置において図２におけるIII−III線に沿う断面図に相当するものである。 隔壁８３を備えるブリーザ装置において図２におけるIII−III線に沿う断面図に相当するものである。

符号の説明

１…ブリーザ装置、２…プレセパレータ、３ａ…ガス導入口、３…整流ポンプ、４…オイルセパレータ、５…ガス排出部、６…オイル保持タンク（オイル溜り部）、７…オイル排出部、３１…吸入管、４１…サイクロンセパレータ、５１…ガス出口管、６０…容器、６１…オイル排出口、７１…逆止弁、８１，８２，８３…隔壁、８１ａ…環状凸部（突出部）、１０１…内燃機関、１０２…吸気系、１０３…オイル回収系、４１１…胴部、４１２…逆円錐部、４１３…オイル排出管、Ｈ…連通孔（連通部）、Ｊ１，Ｊ２，Ｋ…切り欠き（連通部）、Ｌ…液面、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…配管、Ｓａ…上方空間領域、Ｓｂ…上方空間領域。

Claims (2)

1. オイル分とガス分とを含むブローバイガスが供給され、該ブローバイガスの気液分離が行われるオイルセパレータと、
   前記オイルセパレータに連通するように接続されており、前記ブローバイガスから分離されたオイル分が貯留される空間を有しており、該空間を上下に複数の領域が画成されるように離隔し且つ該複数の領域が互いに連通するように開口した連通部が形成された隔壁を有しており、更に、底部に形成されたオイル排出口に前記空間内へのオイルの逆流を阻止する逆止弁が設けられているオイル溜り部と、
   を備える、ブリーザ装置。
2. 前記隔壁は、前記連通部の開口周縁又は該周縁の近傍から下方に突設された突出部が設けられたものである、
   請求項１記載のブリーザ装置。
   
   

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