JP4486733B2

JP4486733B2 - ベンチレータ及びこれを含む閉鎖型クランクケース換気システム

Info

Publication number: JP4486733B2
Application number: JP2000153770A
Authority: JP
Inventors: 達人山田
Original assignee: Tokyo Roki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Roki Co Ltd
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2020-05-24
Also published as: JP2001336413A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉鎖型クランクケース換気システム（closed crankcase ventilation system ）に用いられるベンチレータと、このベンチレータを含んで成る閉鎖型クランクケース換気システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、エンジンでは、燃焼室内からピストンとシリンダ壁との隙間を通って漏れるブローバイガスがクランクケース内に放出される。これらのブローバイガスは、クランクケースの圧力を高めてオイル漏れを引き起こす原因となるが、これをそのまま大気に解放すると大気汚染の原因となるため、エンジンに戻すようにした閉鎖型クランクケース換気（ＣＣＶ）システムが知られている。
【０００３】
ところで、ブローバイガスをエンジンに還元するには、ガス中のオイル量を極力低減するのが好ましい。そこで、従来では、エンジンのヘッドカバーに迷路構造を内蔵したり、ヘッドカバーの上部に濾網を直付けしたり、ブローバイガスを旋回して遠心分離したり、ガラス繊維等からなるフィルタを設ける等のいずれかを採用することにより、ブローバイガス中のオイルを除去していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の閉鎖型クランクケース換気システムにあっては、様々な手段により、ブローバイガス中のオイルを除去しているが、これらの手段は、それぞれが固有の欠点を有しており、オイル分離性能、製品寿命、小型化、生産コストのいずれかを犠牲にせざるを得ないという課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる従来の課題に鑑みてなされたもので、小型でありながら、オイル分離性能がよく、しかもロングライフ化を実現することができるベンチレータ及びこれを含む閉鎖型クランクケース換気システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、本発明に係るベンチレータは、エンジンのクランクケースからのブローバイガスを受け入れるためのガス入口部と連通し、該ブローバイガスの流れを旋回流に変換するとともに、当該旋回するブローバイガス中の比較的大きな液滴を遠心分離する一次分離部と、この一次分離部を通過したブローバイガスを受け入れるとともに、該ブローバイガス中のオイルの液滴を捕捉する濾網を有する二次分離部と、この二次分離部を通過したブローバイガスを受け入れるとともに、ブローバイガスに浮遊するオイルミストを最終捕捉するフィルタエレメントを装着可能でガス出口部と連通する最終分離部とを備え、前記一次分離部が二次分離部と最終分離部との間に位置するように配置されて成るベンチレータであって、前記二次分離部が前記一次分離部の下方に位置し、かつ、前記最終分離部が前記一次分離部の上方に位置し、前記一次分離部、二次分離部及び最終分離部の一部が一体となり、上方が開口したベンチレータ本体と、該ベンチレータ本体の上方開口を着脱自在に蓋して前記最終分離部のフィルタエレメントを交換可能にしてなるキャップと、を備えたことを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
この発明において、前記一次分離部、二次分離部、最終分離部でそれぞれ捕捉したオイルを合流して排出するためのオイル合流部及びオイル出口部を備えるとともに、該一次分離部、二次分離部、最終分離部のうち、少なくとも一次分離部及び二次分離部と最終分離部とでそれぞれ捕捉したオイルが前記オイル合流部に至るまで合流しないように独立した流路を通じて流れることが好ましい（請求項２）。
【０００８】
また、この発明においては、前記最終分離部のフィルタエレメントは、前記キャップとの対向面に端板を備え、該端板と前記キャップとの間に設けられたスプリングにより支持されているとともに、該スプリングは、前記フィルタエレメントが目詰まりしたときに、端板が移動することによりガスをバイパスさせるようにその付勢力が設定されていることが好ましい（請求項３）。
【００１０】
また、本発明に係るベンチレータを含んで成る閉鎖型クランクケース換気システムは、エンジンのクランクケースと前記ベンチレータの入口部とを連結するブローバイガス入口流路と、前記ベンチレータの出口部とエンジンの吸気入口側とを連結するガス戻し流路と、前記ベンチレータのオイル出口と前記エンジンのクランクケースとを連結するオイル戻し流路とを備えたことを特徴とする（請求項５）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るベンチレータ及びこれを含む閉鎖型クランクケース換気システムの好適な実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１〜図５は、本発明に係るベンチレータ１を示している。同図において、ベンチレータ１は、円筒状にして上方が開口し有底のベンチレータ本体３と、ベンチレータ本体３の上方開口を着脱自在に蓋するキャップ５とを備える。キャップ５は、ベンチレータ本体３に対し、例えば３箇所のボルト７によって着脱自在となっている。
【００１３】
ベンチレータ本体３は、エンジンのクランクケースからのブローバイガスを受け入れるためのガス入口部９と、オイルを除去されたブローバイガスを排出するためのガス出口部１１とを備える。ガス入口部９及びガス出口部１１は、いずれもベンチレータ本体３の中心軸（図２，３に一点鎖線で図示）に対して偏心した位置において接線方向に向けて突出している。また、ガス入口部９及びガス出口部１１は、正面から見て、左右両側に離れて設けられ、かつ、ガス入口部９はガス出口部１１に対して若干下側に位置し、ガス入口部９の上部とガス出口部１１の下部とが略同じ高さ位置となっている。
【００１４】
また、ベンチレータ本体３は、ガス入口部９の上部と略同じ高さ位置に設けられベンチレータ本体３の内部を上下に仕切る上部隔壁１３と、中心軸に沿って上部隔壁１３の下方に向かって大きく延び、かつ上部隔壁１３の上方に向けて僅かに突出するように延びるホーン部１５とを備えている。ホーン部１５は、上方に向けて僅かに縮径するようにテーパー加工されている。
【００１５】
さらに、ベンチレータ本体３は、ガス入口部９の下部と略同じ高さ位置に設けられた中央隔壁１７を備えている。中央隔壁１７は、ベンチレータ本体３の内部を上下に仕切り、ホーン部１５との間に図５に明示されるリング状の穴１９を有している。
【００１６】
上部隔壁１３と中央隔壁１７との間には一次分離部Ａが構成され、一次分離部Ａは、ガス入口部９と連通し、ガス入口部９から導入されるブローバイガスを平面的に見て旋回流に変換するべく、図５に明示されるように、円周に沿って案内する内壁部２１及び周状隔壁２３と、ガス入口部９の近傍まで旋回してきた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中の比較的大きなオイルの液滴を捕捉（遠心分離）する溝２５とを有する。なお、周状隔壁２３は、旋回するブローバイガスが溝２５に至る前に穴１９から二次分離部Ｂ側へ流れるのを阻止すべく、上部隔壁１３と中央隔壁１７との間を溝２５の近傍まで隔てるようになっている。
【００１７】
前記ホーン部１５の下端は水平方向に延び、ベンチレータ本体３を上下に仕切る下部隔壁２７を構成している。中央隔壁１７と下部隔壁２７との間には、一次分離部Ａで比較的大きなオイルの液滴が除去されたブローバイガスを前記穴１９を通じて受け入れるとともに、ブローバイガス中のオイルの液滴を捕捉する濾網２９を有している（濾網２９は二次分離部を構成している）。下部隔壁２７の外周の一部はさらに垂下されてベンチレータ本体３の外壁部３１との間で第一のオイル流下路３３が形成され、第一のオイル流下路３３はベンチレータ本体３の底部に形成されたオイル合流路３５と連通している。オイル合流路３５は、ベンチレータ本体３の底部から下方に向けて突出するオイル出口部３７に連通している。濾網２９で捕捉されたオイルは、第一のオイル流下路３３を流下し、オイル合流路３５に至る。なお、本実施の形態では、第一の分離部Ａの溝２５の下端に相当する中央隔壁１７の部位には切欠きが形成され溝２５で捕捉したオイルを流下させ二次分離部Ｂ内に合流させている。
【００１８】
ベンチレータ本体３の下部には、ＰＣＶバルブ４１が設けられている。ＰＣＶバルブ４１は、エンジンがオンのときに開弁し（ただし、エンジンの内圧が５０ｍｍになると閉弁する）、ベンチレータ１の調圧機能を有している。なお、ＰＣＶバルブ４１は、閉弁するとき、ホーン部１５と下部隔壁２７との境目付近に当接する。また、ＰＣＶバルブ４１の下面側には、ベンチレータ本体３の底部を貫通して形成された大気導入孔４３を関して大気が導入されるとともに、ベンチレータ本体３の底部との間に圧縮スプリング４５が介在されている。
【００１９】
下部隔壁２７の外周側には、適宜な位置に複数の第二の穴４７が形成されている。二次分離部Ｂの濾網２９を通過したブローバイガスは、第二の穴４７を通じて流下し、ＰＣＶバルブ４１の上方を通過して流れの方向を上昇流に変更し、ホーン部１５内を上昇することになる。なお、中心軸上には、ホーン部１５の内部と前記オイル合流路３５との間に設けられ、オイル合流路３５からホーン部１５側へのオイルの逆流を阻止する第一の逆止弁４９が設けられている。
【００２０】
ベンチレータ本体３の上部隔壁１３より上方は最終分離部Ｃを構成している。最終分離部Ｃは、二次分離部Ｂを通過したブローバイガスを受け入れるとともに、ブローバイガスに浮遊するオイルミストを最終捕捉するフィルタエレメント５１が装着可能であって、かつ、ガス出口部１１と連通している。このフィルタエレメント５１は、ベンチレータ本体３からキャップ５を取り外すことにより交換可能である。フィルタエレメント５１の上部には端板５３が設けられ、端板５３とキャップ５の天井部との間には圧縮スプリング５５が介在されてフィルタエレメント５１の位置決めをしている。圧縮スプリング５５の付勢力は、フィルタエレメント５１が目詰まりしたときに、端板５３が上方に移動してガスをバイパスさせるバイパス弁となるように設定され、端板５３及び圧縮スプリング５５はバイパス弁を兼用している。また、フィルタエレメント５１の下部は、ホーン部１５の上方突出部に位置決め保持される。
【００２１】
フィルタエレメント５１は、ガラス繊維からなっており、二次分離部Ｂを通過した微小粒径のオイルを高効率で捕捉する。フィルタエレメント５１におけるガラス繊維の密度は、密度が大きすぎるとガスの流動抵抗が増大し、低すぎるとオイルを捕捉できないので、３０ｋｇ／ｍ^３〜９６ｋｇ／ｍ^３とすることが好ましい。また、フィルタエレメント５１の二次側である外周面には不織布５７が巻かれている（内周面のみ、ないしは内外周面双方に巻いてもよい）。
【００２２】
ベンチレータ本体３には、平面視でオイル入口部９と対抗する位置に前記第一のオイル流下路３３とは独立した第二のオイル流下路５９が形成されている。第二のオイル流下路５９の上端は上部隔壁１３の上部に開口し、同流下路５９の下端は第二の逆止弁６１を介してオイル合流路３５に連通している。なお、上部隔壁１３は第二のオイル流下路５９の開口部が最も低くなるように僅かに傾斜している。
【００２３】
次に作用を説明する。エンジンのクランクケースからのブローバイガスは、ガス入口部９から導入され、第一の分離部Ａにて旋回流となり、溝２５にて比較的大きなオイルの液滴が捕捉される。第一の分離部Ａで捕捉されたオイルは中央隔壁１７に形成された切欠きを介して第二の分離部Ｂの濾網２９内に流下する。
【００２４】
第一の分離部Ａを通過したブローバイガスは、中央隔壁１７の穴１９を通って第二の分離部Ｂに導入され、ガス中のオイルが濾網２９に捕捉される。第二の分離部Ｂで捕捉されたオイルは第一のオイル流下路３３を流下してオイル合流路３５に至る。一方、第二の分離部Ｂを通過したブローバイガスはＰＣＶバルブ４１の上方にて方向転換し、ホーン部１５内を通って上昇する。ホーン部１５は上方が縮径されており、ホーン部１５が上部隔壁１３から上方に向けて僅かに突出していることと相俟って、ガスの流速が増し、ガスは最終分離部Ｃの下部のみならず上部にも均等に流れる。
【００２５】
ブローバイガス中に浮遊するオイルミストはフィルタエレメント５１にて最終捕捉され、捕捉されたオイルはエレメント５１内を流下しながら上部隔壁１３上を第二のオイル流下路５９に向けて流れ、第二のオイル流下路５９を通ってオイル合流路３５に至る。フィルタエレメント５１を通過したガスは、ガス出口部１１から排出される。なお、ガス出口部１１の内側に遮蔽板を設けることにより、フィルタエレメント５１の全体を有効に活用することができることは勿論である。
【００２６】
以上要するに、本発明に係るベンチレータ１は、二次分離部Ｂは一次分離部Ａの下方に位置し、かつ、最終分離部Ｃは一次分離部Ａの上方に位置し、一次分離部Ａが二次分離部Ｂと最終分離部Ｃとの間に位置するように配置されて成っている。ブローバイガス中にはオイルが微小な粒状になって存在している。このオイルは、ある程度の粒径の分布を有しており（〜１００μｍ）、ガスと分離させやすい環境も異なる。本実施の形態では、異なる分離構造Ａ，Ｂ，Ｃを組み合わせて一体化し小型化を図りながら（実施の形態のもので、従来と同一ライフのものと比較して１／２以下）、ブローバイガスが流入する大粒径の分布が多い方から順に、段階的に効率化させることにより、各分離構造に与える負荷を軽減し、ロングライフ化（同材料、同容積比で２倍以上）を実現することができるのである。
【００２７】
図６は、上記ベンチレータ１を含む閉鎖型クランクケース換気システムをターボチャージャ過給式エンジンに適用した例を示し、エンジン６３のクランクケース６５とエンジンの吸気入口側であるターボチャージャー６７との間にベンチレータ１が連結されている。クランクケース６５とベンチレータ１のガス入口部９とはブローバイガス入口流路６９により連結され、ベンチレータ１のガス出口部１１とターボチャージャ６７とがガス戻し流路７１により連結され、ベンチレータ１のオイル出口３７とエンジン６３のクランクケース６５とがオイル戻し流路７５により連結されている。
【００２８】
これにより、ターボチャージャ６７がクランクケース６５からのブローバイガスの吸引を真空補助するとともに、ベンチレータ１によりガス中のオイルの大部分を除去したブローバイガスがターボチャージャー６７に戻され、ブローバイガスから捕捉したオイルをエンジン６３のクランクケース６５に戻すことができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、一次分離部Ａで捕捉したオイルを二次分離部Ｂに流下させていたが、第一の又は第二のオイル流下路３３，５９と同様に、独立したオイル流下路を通してオイル合流部３５に至る構造としてもよい。
【００３０】
また、ガス入口部９及びガス出口部１１として短管状のものを図示したが、ガス入口部９及びガス出口部１１は、単に口部が開口していて短管状のものが突出していないものをも含んでいる。また、短管状のものを備えたものであってもよいが、これも直管状のものだけでなく、曲管状のものであってもよい。
【００３１】
さらに、図６に示した実施の形態においては、ガス戻し流路７１をターボチャージャ６７と連結したが、自然吸気式エンジンにあっては、エンジンの吸気入口側としてインテークマニホールド側に連結すればよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、異なる分離構造を組み合わせて一体化し小型化を図りながら、ブローバイガスが流入する大粒径の分布が多い方から順に、段階的に効率化させることにより、各分離構造に与える負荷を軽減し、ロングライフ化を実現することができるベンチレータ及びこれを含む閉鎖型クランクケース換気システムを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るベンチレータの一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図２の縦断面図である。
【図４】図１の平面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】本発明に係る閉鎖型クランクケース換気システムを示す概略図である。
【符号の説明】
Ａ一次分離部
Ｂ二次分離部
Ｃ最終分離部
１ベンチレータ
３ベンチレータ本体
５キャップ
９ガス入口部
１１ガス出口部
１３上部隔壁
１５ホーン部
１７中央隔壁
１９穴
２３周状隔壁
２５溝
２７下部隔壁
２９濾網
３３第一のオイル流下路
３５オイル合流路
３７オイル出口部
４１ＰＣＶバルブ
４７第二の穴
５１フィルタエレメント
５７不織布
５９第二のオイル流下路

Claims

エンジンのクランクケースからのブローバイガスを受け入れるためのガス入口部と連通し、該ブローバイガスの流れを旋回流に変換するとともに、当該旋回するブローバイガス中の比較的大きな液滴を遠心分離する一次分離部と、この一次分離部を通過したブローバイガスを受け入れるとともに、該ブローバイガス中のオイルの液滴を捕捉する濾網を有する二次分離部と、この二次分離部を通過したブローバイガスを受け入れるとともに、ブローバイガスに浮遊するオイルミストを最終捕捉するフィルタエレメントを装着可能でガス出口部と連通する最終分離部とを備え、前記一次分離部が二次分離部と最終分離部との間に位置するように配置されて成るベンチレータであって、
前記二次分離部が前記一次分離部の下方に位置し、かつ、前記最終分離部が前記一次分離部の上方に位置し、前記一次分離部、二次分離部及び最終分離部の一部が一体となり、上方が開口したベンチレータ本体と、
該ベンチレータ本体の上方開口を着脱自在に蓋して前記最終分離部のフィルタエレメントを交換可能にしてなるキャップと、
を備えたことを特徴とするベンチレータ。
前記一次分離部、二次分離部、最終分離部でそれぞれ捕捉したオイルを合流して排出するためのオイル合流部及びオイル出口部を備えるとともに、該一次分離部、二次分離部、最終分離部のうち、少なくとも一次分離部及び二次分離部と最終分離部とでそれぞれ捕捉したオイルが前記オイル合流部に至るまで合流しないように独立した流路を通じて流れることを特徴とする請求項１に記載のベンチレータ。
前記最終分離部のフィルタエレメントは、前記キャップとの対向面に端板を備え、該端板と前記キャップとの間に設けられたスプリングにより支持されているとともに、該スプリングは、前記フィルタエレメントが目詰まりしたときに、端板が移動することによりガスをバイパスさせるようにその付勢力が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のベンチレータ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のベンチレータを含んで成る閉鎖型クランクケース換気システムであって、
エンジンのクランクケースと前記ベンチレータの入口部とを連結するブローバイガス入口流路と、前記ベンチレータの出口部とエンジンの吸気入口側とを連結するガス戻し流路と、前記ベンチレータのオイル出口とエンジンのクランクケースとを連結するオイル戻し流路とを備えたことを特徴とする閉鎖型クランクケース換気システム。