JP4510108B2 - ブローバイガス用オイルセパレータ - Google Patents

Description

本発明はブローバイガス用のオイルセパレータに関する。より詳しくは、自動車エンジン等の内燃機関のエンジンクランクケース内に発生するブローバイガス中のオイルミストを捕集するオイルセパレータであって、複数のサイクロンによりオイルミストを捕集するオイルセパレータの構造に関する。

自動車のエンジン等の内燃機関においては、その稼働時にピストンリングとシリンダ壁の隙間から漏出するブローバイガスを大気中に排出することは大気汚染の原因になるため、いわゆるＰＣＶ（ポジティブクランクケースベンチレーション）システムによりブローバイガスを吸気系に戻して再燃焼させている。
ここで、ブローバイガス中にはエンジンオイル等の潤滑油が微粒化されたオイルミストが含まれているため、ブローバイガス中のオイルミストが吸気系に流出するのを防止する必要がある。そこで、ブローバイガス中のオイルミストを捕集する手段として、シリンダヘッドカバーの内側やクランクケースと吸気管路を連結する連結流路の途中にオイルセパレータが設けられている。

そのようなオイルセパレータとしては、所謂サイクロン式と呼ばれる方式のオイルセパレータが普及している。特開２００１−２４６２１６号公報（特許文献１）には、サイクロン式のオイルセパレータが開示されている。
ところで、サイクロン式のオイルセパレータは、サイクロンが最良の性能を発揮することのできるブローバイガスの流量の範囲が限られている。特許文献１のように単一のサイクロンでオイルセパレータを構成する場合は、ブローバイガスの流量が少ないときに、オイルミストの捕集能力が低下するという問題がある。

そこで、特表２００２−５４０３３８号公報（特許文献２）では、単一のサイクロンの代わりに複数のサイクロンを備えたオイルセパレータが提案されている。サイクロンを小型にすることでブローバイガスの流量が少なくても旋回流を生じさせてオイルミストを有効に捕集することができ、ブローバイガスの流量が多いときは、複数のサイクロンでオイルミストの捕集作業を分担しているため対処できるというものである。
特開２００１−２４６２１６号公報 特表２００２−５４０３３８号公報

特許文献２に記載されているような、複数のサイクロンを備えるオイルセパレータにおいては、オイルセパレータの複数のサイクロンがそれぞれ効率よくオイルミストを分離できることと、構造が簡単であって製造コストを抑えられることが要求される。
ここで、個々のサイクロンで効率よくオイルミストを捕集できるようにするには、サイクロンごとにブローバイガスの専用の流路を設け、各サイクロンに接線方向からブローバイガスが流入するようにする方法が考えられる。しかし、この方法は装置の構造が複雑となりコスト増につながる。

一方、特許文献２に記載の実施例のような、各サイクロンにブローバイガスが流入する直前で流路を仕切ってブローバイガスの流れを分けて各サイクロンに導く方式では、ブローバイガスが流路の仕切に当たって流れに乱れが生じやすい。また、流入してくるブローバイガスを並列され互いに離れたサイクロンに分配する必要からサイクロンへのブローバイガスの流入口が幅広にされており、サイクロンの中心付近へも直接ブローバイガスが流れ込む構造となっている。そのためサイクロン内での旋回流の形成に不利な構造となっており、サイクロンによるオイルミストの捕集効率が良くない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、複数のサイクロンを使用するサイクロン方式のオイルセパレータにおいて、構造が簡単でオイルミストの捕集効率が良いオイルセパレータを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係るオイルセパレータは次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、エンジンのクランクケース内に発生するブローバイガスに含まれるオイルミストを捕集可能となっており、一列に並んだ複数のサイクロンと、サイクロンの並びに並列しサイクロンの上部側面に位置するブローバイガスの整流室を備え、該整流室には該サイクロンの並びよりも手前となる位置にブローバイガスの流入口が形成されており、前記整流室に面する部位におけるサイクロンの上部の外周壁は、整流室とサイクロンを隔てる隔壁とされており、隣接するサイクロンに面する部位におけるサイクロンの上部の外周壁は、隣接するサイクロンの外周壁と共有される共有壁とされており、前記隔壁にはブローバイガスのサイクロン内部への入口となるスリットが、サイクロンの軸方向に平行に形成されており、前記流入口から前記整流室に流入し該整流室内を整流室の外壁面または前記隔壁に沿って流れるブローバイガスが、前記スリットからサイクロンの外周壁の接線方向にサイクロンの内側表面に沿ってサイクロン内部へ流入するオイルセパレータであって、前記流入口に最も近い位置のサイクロンにおいては、前記スリットは整流室の外周壁とサイクロンの外周壁が交差する位置から隔壁の側に所定の幅で隔壁の高さ方向全域にわたって該流入口に向けて開口して形成されており、該隔壁の該スリットの側面となる部位は該スリットの開口方向と平行に形成されており、前記流入口からブローバイガスの流入方向で２番目以降に位置するサイクロンにおいては、前記スリットは流入方向手前のサイクロンとの共有壁と当該サイクロンの隔壁の境界の位置から隔壁側に所定の幅で、隔壁の高さ方向の全域にわたって形成されており、手前のサイクロンの隔壁の外側表面と該スリットの共有壁側の側面と当該サイクロンの共有壁の内側表面とが滑らかに連続していることを特徴とする構成である。

この第１の発明によれば、サイクロンが一列に並んでいるためオイルセパレータが幅を取らないので、幅の狭い空間にオイルセパレータを配置できる。また、サイクロンの上部の外周壁は、整流室と面する部位では整流室との隔壁とされており、他のサイクロンに面する部位では外周壁が共有される共有壁とされているため、オイルセパレータは構造が簡単であり大きさもコンパクトとなっている。
そして、整流室の流入口から流入したブローバイガスは、整流室の外壁面または隔壁に沿って流れ、隔壁に設けられたサイクロンの軸方向に平行なスリットからサイクロン内部へ、サイクロンの外周壁の接線方向にサイクロンの内側表面に沿って流入する。よってブローバイガスはサイクロンの最外周へ外壁面に沿って供給されるため、サイクロン内部での旋回流の形成が容易である。そのため、旋回流の遠心力によりブローバイガス中のオイルミストを凝集させて捕集することが出来る。
また、この第１の発明によれば、隔壁の高さ方向の全域にわたってスリットが形成されているのでブローバイガスが整流室の上部又は下部に滞留することが無く、ブローバイガスのサイクロンへの流入がスムースである。
そして、流入口に最も近い位置のサイクロンでは、スリットの開口向き及びスリット続く隔壁がブローバイガスの流入方向と平行となっているため、ブローバイガスがサイクロンに流入するとき流れの乱れが生じにくい。また、流入口から２番目以降のサイクロンにおいては、手前のサイクロンの隔壁の外側表面と該スリットの共有壁の側の側面と当該サイクロンの共有壁の内側表面とが滑らかに連続しているため、ブローバイガスがサイクロンに流入するとき流れの乱れが生じにくい。よって、サイクロン内部での安定した旋回流の形成が容易であり、旋回流の遠心力によりブローバイガス中のオイルミストを効率よく凝集させて捕集することが出来る。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係るオイルセパレータであって、前記整流室はブローバイガスの流れに乱れが生じないガス流路の幅が確保されており、ブローバイガスが前記複数のサイクロンに均一に分配されることを特徴とする構成である。
この第２の発明によれば、整流室のガス流路の幅が確保されているので、流入口から整流室に流れ込んだブローバイガスは整流室の手前にも奥にも均一に流れる。そのため、各サイクロンにブローバイガスが均一に分配され、各サイクロンが同等の処理効率を発揮することができる。よって、特定のサイクロンへブローバイガスが過剰供給されることがなく、ブローバイガスの流量がオイルセパレータ全体の処理能力の限度の流量となるまで、オイルミストを効率よく捕集することができる。

次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明〜第２の発明のいずれかに係るオイルセパレータであって、自動車エンジンのシリンダヘッドカバーの内部に配置されることを特徴とする構成である。
この第３の発明によれば、オイルセパレータをシリンダヘッドカバーの内部に配置できるので、自動車エンジンのコンパクト化を図ることができる。

上記本発明の各発明によれば、次の効果が得られる。
まず、上述の第１の発明によれば、オイルセパレータの構造が簡単であり大きさもコンパクトとなる。また、ブローバイガスがサイクロンの接線方向に流入するので、サイクロン内部での旋回流の形成が容易であり、旋回流の遠心力によりブローバイガス中のオイルミストを凝集させて捕集することが出来る。
次に上述の第２の発明によれば、ブローバイガスが整流室の上部又は下部に滞留することが無く、ブローバイガスのサイクロンへの流入がスムースである。また、サイクロンに流れ込むブローバイガスの流れに乱れが生じにくいので、サイクロン内部での旋回流の形成が容易であり、旋回流の遠心力によりブローバイガス中のオイルミストを効率よく凝集させて捕集することが出来る。
次に上述の第３の発明によれば、ブローバイガスは各サイクロンへ均一に供給されるため、ブローバイガスの流量がオイルセパレータ全体の処理能力の限度の流量となるまで、オイルミストを効率よく分離することができる。
次に上述の第４の発明によれば、オイルセパレータをシリンダヘッドカバーの内部に配置できるので、自動車エンジンのコンパクト化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１に本発明の一実施例である自動車エンジンのヘッドカバーの内部に配置されるオイルセパレータ１０の外観正面図を示す。オイルセパレータ１０は一列に並んだ４個の小型のサイクロン３１，３２，３３，３４を備えたサイクロン方式のオイルセパレータであって、サイクロン３１〜３４の上部側面に位置する整流室２０と、ブローバイガスを導入するガス導入口１２と、ブローバイガスを排出するガス排出口１４と、ブローバイガスから分離されたオイルを回収するオイルドレン１６を備えている。

ガス導入口１２から流入したブローバイガスは整流室２０を経由してサイクロン３１〜３４に導入され、サイクロン３１〜３４の内部で生じる旋回流による遠心力により、オイルミストが凝集されてブローバイガスから分離される。分離されたオイルはサイクロン３１〜３４の外周壁に付着しあるいはサイクロンの下部に落下して捕集され、オイルドレン１６から回収される。オイルミストが分離されたブローバイガスはガス排出口１４から排出される。

図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図２に示すとおり、整流室２０にはサイクロン３１〜３４の並びよりも手前にガス導入口１２から導入したブローバイガスを整流室２０に流入させる流入口２２が形成されている。また、整流室２０が形成されているサイクロン３１〜３４の上部位置では、整流室２０に面する部位におけるサイクロン３１〜３４の外周壁は整流室２０とサイクロン３１〜３４を隔てる隔壁４１，４２，４３，４４とされている。そして、隣接するサイクロンに面する部位におけるサイクロン３１〜３４の上部の外周壁は隣接するサイクロンの外周壁と共有される共有壁４５，４６，４７とされている。

オイルセパレータ１０は、サイクロン３１〜３４および整流室２０の間で壁面の共有が図られているため、オイルセパレータの構造が簡単であり大きさもコンパクトとなっている。また、サイクロンが一列に並んでいるため幅を取らないので、幅の狭い空間に配置できる。実施例ではオイルセパレータ１０をシリンダヘッドカバーの内部に配置するため、自動車エンジンのコンパクト化を図ることができる。

サイクロン３１には、ブローバイガスをサイクロン３１に取り入れるスリット５１が、整流室２０の外周壁４８がサイクロン３１の外周壁と交差する位置から隔壁４１の側に、所定の幅で隔壁４１の高さ方向全域にわたって形成されている。そして、スリット５１は流入口２２に向いて開口しており、隔壁４１のスリット５１の側面となる部位はスリット５１の向きと平行となっている。
そこで、流入口２２から整流室２０に流入してスリット５１からサイクロン３１に流入したブローバイガスは、隔壁４１のサイクロン３１内側表面に沿ってサイクロン３１に流入して、時計回りの旋回流を形成する。

サイクロン３２には、ブローバイガスをサイクロン３２に取り入れるスリット５２が、ブローバイガスの流入方向手前のサイクロン３１との共有壁４５と当該サイクロン３２と整流室２０の隔壁４２の境界の位置から、隔壁４２側に所定の幅で隔壁４２の高さ方向の全域にわたって形成されている。そして、手前のサイクロン３１の隔壁４１の外側表面と該スリット５２の共有壁４５側の側面と当該サイクロン３２の共有壁４５の内側表面とが滑らかに連続している。
そこで、流入口２２から整流室２０に流入して隔壁４１に沿って流れてくるブローバイガスは、スリット５２から共有壁４５のサイクロン３２内側表面に沿ってサイクロン３２に流入して、反時計回りの旋回流を形成する。

サイクロン３３及びサイクロン３４には、サイクロン３２と同様の構成でスリット５３及びスリット５４が形成されている。そして、サイクロン３３及びサイクロン３４に流入したブローバイガスはサイクロン３２の場合と同様に反時計回りの旋回流を形成する。

図３に図１のＡ−Ａ断面位置におけるブローバイガスの水平方向の流れを示す。
スリット５１〜５４は上述のごとくサイクロン３１〜３４の軸方向に平行に形成されており、ブローバイガスは各スリットを通ってサイクロンに供給される。
なお、実施例では上記スリット５１〜５４はそれぞれ等しい幅とされている。

上述のごとく、オイルセパレータ１０にブローバイガスが流入すると、オイルセパレータ１０が備えるいずれのサイクロンにおいても、ブローバイガスがサイクロンの外壁の接線方向にスリット５１〜５４を通って、サイクロンの内側表面に沿ってサイクロン内部に流入し、旋回流が形成される。そのためオイルセパレータ１０ではブローバイガスに含まれるオイルミストが効率よく凝集されるので、オイルミストを効率よく捕集することが出来る。

整流室２０では、ブローバイガスをサイクロン３１〜３４に供給するために設けられたガス流路２４は、ブローバイガスの流れに乱れが生じない幅が確保されている。よって、流入口２２から整流室２０に流れ込んだブローバイガスは整流室２０の手前にも奥にも均一に流れる。
そのため、サイクロン３１〜３４にはブローバイガスが均一に分配され、各サイクロンが同等の処理効率を発揮することができる。よって、特定のサイクロンへブローバイガスが過剰供給されることがなく、ブローバイガスの流量がオイルセパレータ１０の処理能力の限度の流量となるまで、オイルミストを効率よく捕集することができる。

図４に実施例におけるオイルセパレータ１０の外観平面図を示す。図５は図４におけるＢ−Ｂ断面図である。
各スリット５１〜５４から各サイクロン３１〜３４に流入したブローバイガス中のオイルミストはサイクロン３１〜３４内部で生じた旋回流の遠心力により凝縮されて油滴となり、サイクロン３１〜３４の外壁の内側を伝って、あるいはサイクロン３１〜３４の底部に落下して捕集され、サイクロン３１〜３４の底からオイルドレン１６に集められて回収される。
そして、オイルミストが分離されたブローバイガスは各サイクロン３１〜３４の流出口６１〜６４から流出し、ガス排出口１４からオイルセパレータ１０の外へ排出される。

オイルセパレータ１０は図５に示すとおり、下部ケース１０Ａ、サイクロン部１０Ｂ、ガス排出部１０Ｃ及び上部ケース１０Ｄの４部品から構成されている。図６にサイクロン部１０Ｂの外観斜視図を示す。オイルセパレータ１０は構造が簡単なため、製造コストを抑えることができる。

この実施例では、オイルセパレータは自動車エンジンのヘッドカバー内部に配置される構成としたが、配置する場所はヘッドカバー内部に限られない。
また、実施例では並列するサイクロンの数は４個としたが、並列するサイクロンの数は４個に限られず、整流室の形状についても実施例に限られるものではなく、本発明の思想の範囲で各種の形態とすることが可能である。

本発明は、自動車のエンジンに取り付けられるオイルセパレータの他、自動車エンジン以外の内燃機関についても、内部で発生するブローバイガス中のオイルを分離するセパレータとしても適用可能である。

一実施例におけるオイルセパレータの外観正面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 オイルセパレータの上部におけるブローバイガスの流れを示す図である。 一実施例におけるオイルセパレータの外観平面図である。 図４におけるＢ−Ｂ断面図である。 オイルセパレータを構成するサイクロン部の外観斜視図である。

符号の説明

１０ オイルセパレータ
１０Ａ 下部ケース
１０Ｂ サイクロン部
１０Ｃ ガス排出部
１０Ｄ 上部ケース
１２ ガス導入口
１４ ガス排出口
１６ オイルドレン
２０ 整流室
２２ 流入口
２４ ガス流路
３１、３２、３３、３４ サイクロン
４１、４２、４３、４４ 隔壁
４５、４６、４７ 共有壁
４８ 外周壁
５１、５２、５３、５４ スリット
６１、６２、６３、６４ 流出口

Claims (3)

1. エンジンのクランクケース内に発生するブローバイガスに含まれるオイルミストを捕集可能となっており、
   一列に並んだ複数のサイクロンと、サイクロンの並びに並列しサイクロンの上部側面に位置するブローバイガスの整流室を備え、該整流室には該サイクロンの並びよりも手前となる位置にブローバイガスの流入口が形成されており、
   前記整流室に面する部位におけるサイクロンの上部の外周壁は、整流室とサイクロンを隔てる隔壁とされており、隣接するサイクロンに面する部位におけるサイクロンの上部の外周壁は、隣接するサイクロンの外周壁と共有される共有壁とされており、
   前記隔壁にはブローバイガスのサイクロン内部への入口となるスリットが、サイクロンの軸方向に平行に形成されており、
   前記流入口から前記整流室に流入し該整流室内を整流室の外壁面または前記隔壁に沿って流れるブローバイガスが、前記スリットからサイクロンの外周壁の接線方向にサイクロンの内側表面に沿ってサイクロン内部へ流入するオイルセパレータであって、
   前記流入口に最も近い位置のサイクロンにおいては、前記スリットは整流室の外周壁とサイクロンの外周壁が交差する位置から隔壁の側に所定の幅で隔壁の高さ方向全域にわたって該流入口に向けて開口して形成されており、該隔壁の該スリットの側面となる部位は該スリットの開口方向と平行に形成されており、
   前記流入口からブローバイガスの流入方向で２番目以降に位置するサイクロンにおいては、前記スリットは流入方向手前のサイクロンとの共有壁と当該サイクロンの隔壁の境界の位置から隔壁側に所定の幅で、隔壁の高さ方向の全域にわたって形成されており、手前のサイクロンの隔壁の外側表面と該スリットの共有壁側の側面と当該サイクロンの共有壁の内側表面とが滑らかに連続していることを特徴とするオイルセパレータ。
2. 請求項１に記載のオイルセパレータであって、
   前記整流室はブローバイガスの流れに乱れが生じないガス流路の幅が確保されており、ブローバイガスが前記複数のサイクロンに均一に分配されることを特徴とするオイルセパレータ。
3. 請求項１〜請求項２のいずれか１項に記載のオイルセパレータであって、
   自動車エンジンのシリンダヘッドカバーの内部に配置されることを特徴とするオイルセパレータ。

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