JP4626586B2

JP4626586B2 - 気液分離器

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Publication number: JP4626586B2
Application number: JP2006212639A
Authority: JP
Inventors: 泰啓斉藤
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP2008038712A; EP1887192B1; DE602007000564D1; US20080029071A1; US7401599B2; EP1887192A1

Description

本発明は、気液分離器に関し、さらに詳しくは、分離した液体の排出性を向上させ得ると共にその逆流を抑制できる気液分離器に関する。

従来の気液分離器として、自動車エンジンの燃焼室から漏洩するブローバイガスをガスとオイルとに遠心分離するものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
上記特許文献１には、オイルの排油性を向上させるためにオイル保持タンク６を備え、このオイル保持タンク６のオイル排出口６１に、エンジン稼動中にオイル排出口６１を閉鎖すると共に、エンジン停止時にオイル排出口６１を開放する逆止弁７を設けてなる気液分離器が開示されている。
上記特許文献２には、分離器本体の壁面にオイル排出孔４６を形成してなる気液分離器が開示されている。

しかし、上記特許文献１では、エンジン稼動中に継続的にタンク内にオイルを貯留するようにしているため大容量のタンクが必要となる。また、逆止弁及びその開閉機構を備えているので、構造が複雑なものとなる。さらに、オイル粘度の増大や寒冷地での運転等によって、弁体の固着、凍結等が生じる恐れがある。
また、上記特許文献２では、オイル排出孔の孔径が大きい場合には、ブローバイガスの吸引時にオイル排出孔から分離したオイルが逆流することがあり、またオイル排出孔の孔径が小さな場合には排油性が低下してしまうといった問題がある。

特開２００５−１４６９７２号公報特開２００３−４９６２５号公報

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、分離した液体の排出性を向上させ得ると共にその逆流を抑制できる気液分離器を提供することを目的とする。

本発明は、以下の通りである。
１．筒状の分離器本体と、該分離器本体に設けられ且つ気液混合気を該分離器本体の内部に接線方向に導入する導入部と、該分離器本体に設けられ且つ分離した液体を排出する液体排出部と、該分離器本体に設けられ且つ分離した気体を排出する気体排出部と、を備える気液分離器において、
前記液体排出部から排出される液体を貯留する貯留部と、該貯留部に設けられ且つ貯留された液体を排出する貯留液体排出部と、該貯留部と前記分離器本体の気液分離領域の上流側とを連通する連通部と、を備え、
前記連通部は、前記分離器本体の円周の接線方向に延びる連通管であることを特徴とする気液分離器。
２．前記貯留部は、前記分離器本体を覆うハウジングであり、前記連通部は、前記分離器本体の気液分離領域の上流側に設けられ且つ該ハウジングの内部に開口する連通管である上記１．記載の気液分離器。
３．前記ハウジング内には、該ハウジング内を前記分離器本体の気液分離領域の上流側及び／又は前記導入部に向って流れる気液混合気に旋回力を与える螺旋板が設けられている上記２．記載の気液分離器。
４．前記貯留部は、前記分離器本体の前記液体排出部が接続される貯留タンクであり、前記連通部は、該貯留タンクと前記分離器本体の気液分離領域の上流側とを連絡する連絡管である上記１．記載の気液分離器。
５．前記気液混合気はブローバイガスである上記１．乃至４．のいずれか一項に記載の気液分離器。

本発明の気液分離器によると、導入部から分離器本体内に接線方向に導入される気液混合気が旋回流となって気体と液体とに遠心分離され、その分離した気体は気体排出部から外部に排出される一方、その分離した液体は、液体排出部から排出されて貯留部内に一時的に貯留され、貯留液体排出部から外部に排出される。そして、気液混合気の吸引時には、貯留液体排出部から貯留部内に逆流した気液混合気は、連通部を介して分離器本体の気液分離領域の上流側に流入されて分離器本体で気液分離される。
このように、貯留部を備え、分離器本体で分離した液体を貯留しながら排出するようにしたので、貯留部の貯留液体排出部からの液体の排出性を向上させることができる。また、貯留部の貯留液体排出部に弁機構を設けていないので、貯留部の小型化及び構造の簡素化を実現できる。また、連通部を備え、貯留部内に逆流した気液混合気を分離器本体内に流入させて気液分離するようにしたので、その気液混合気の逆流による貯留液体の飛散等を抑制できると共に、その逆流ガスの液体排出部への流入を抑制できる。その結果、分離器本体の液体排出部への貯留液体の逆流を抑制できると共に、分離器本体の液体排出部からの液体の排出性を向上させることができる。
また、前記貯留部が、前記分離器本体を覆うハウジングであり、前記連通部が連通管である場合は、気液混合気の吸引時に、ハウジング内に逆流した気液混合気が、連通管を介して分離器本体の気液分離領域の上流側に流入されて分離器本体で気液分離される。
また、前記ハウジング内に螺旋板が設けられている場合は、螺旋板によって、ハウジング内で気液混合気を気液分離できる。
また、前記貯留部が、前記分離器本体の前記液体排出部が接続される貯留タンクであり、前記連通部が連絡管である場合は、気液混合気の吸引時に、貯留タンク内に逆流した気液混合気が、連絡管を介して分離器本体の気液分離領域の上流側に流入されて分離器本体で気液分離される。
さらに、前記気液混合気がブローバイガスである場合は、ブローバイガスをガスとオイルとに好適に遠心分離できる。

１．気液分離器
本実施形態１．に係る気液分離器は、以下に述べる分離器本体、導入部、気体排出部、貯留部、貯留液体排出部及び連通部を備える。この気液分離器は、例えば、後述する吸気部及び邪魔部のうちの少なくとも一方を更に備えることができる。
上記気液分離器の用途等は特に問わないが、例えば、車両エンジンのブローバイガスをガスとオイルとに遠心分離するものとして好適に用いられる。

上記「分離器本体」は、筒状である限り、その構成、形状、材質等は特に問わない。
上記分離器本体によって、その内部に導入された気液混合気が旋回されて気体と液体とに遠心分離される。
上記分離器本体は、例えば、円筒部２ａと、この円筒部の一端側に連なるテーパ筒部２ｂと、を有することができる（図１及び４等参照）。

上記「導入部」は、上記分離器本体に設けられ且つ気液混合気を分離器本体の内部に接線方向に導入する限り、その構成、形状、材質等は特に問わない。
上記導入部は、例えば、上記分離器本体の上部に設けられ且つ分離器本体の接線方向に延びる導入管３であることができる（図１及び４等参照）。

上記「液体排出部」は、上記分離器本体の下部に設けられ且つ分離した液体を排出する限り、その構成、形状、材質等は特に問わない。
上記液体排出部は、例えば、上記分離器本体の下部に設けられた液体排出管４であることができる（図１及び４等参照）。
上記液体排出部は、例えば、後述の貯留部の中心側に開口するように配設されていることができる。これにより、例えば、車両が傾斜面を走行する際に、貯留部内に貯留された液体の液面が傾斜して、その液体が液体排出部に逆流してしまうことを抑制できる。

上記「気体排出部」は、上記分離器本体に設けられ且つ分離した気体を排出する限り、その構成、形状、材質等は特に問わない。
上記気体排出部は、例えば、上記分離器本体の内部で軸方向に延びる気体排出管５であることができる（図１及び４等参照）。

上記「貯留部」は、上記液体排出部から排出される液体を貯留する限り、その構成、形状、材質等は特に問わない。
上記貯留部としては、例えば、（１）上記分離器本体を覆うハウジング７である形態（図１等参照）、（２）上記分離器本体の液体排出部が接続される貯留タンク７’である形態（図４等参照）等を挙げることができる。
上記（１）形態のハウジングは、例えば、車両エンジンを構成するヘッドカバーであることができる。
上記（２）形態の場合、上記液体排出部は、例えば、上記貯留部の壁面から該貯留部の少なくとも内方に延びる液体排出管であることができる。

上記「貯留液体排出部」は、上記貯留部の下部に設けられ且つ貯留された液体を排出する限り、その構成、形状、材質等は特に問わない。
上記貯留液体排出部は、例えば、上記貯留部の下部に設けられた貯留液体排出管９であることができる（図１及び４等参照）。
上記貯留液体排出部は、例えば、上記貯留部の底壁に設けられたテーパ部又は傾斜部の先端側に設けられていることができる。これにより、貯留液体の排出性を更に向上させ得る。
上記貯留液体排出部の開口面積ａは、例えば、上記液体排出部の開口面積ｂより小さな値に設定されていることができる（図１及び４等参照）。

上記「連通部」は、上記貯留部と分離器本体の気液分離領域の上流側とを連通するためのものである限り、その構成、形状、材質等は特に問わない。
上記貯留部が上記ハウジング７である場合、上記連通部は、例えば、分離器本体の気液分離領域の上流側及び／又は導入部に設けられ且つハウジングの内部に開口する連通管１１，１１’であることができる（図１及び３等参照）。この連通管１１は、例えば、分離器本体の接線方向に延びて形成されていることができる。
上述の場合、ハウジング内に、例えば、ハウジング内を分離器本体の気液分離領域の上流側及び／又は前記導入部に向って流れる気液混合気に旋回力を与える螺旋板１７を設けることができる（図３参照）。この螺旋板は、例えば、ハウジングの内壁に固定されていたり、分離器本体の外壁に固定されていたりすることができる。

上記貯留部が上記貯留タンク７’である場合、上記連通部は、例えば、貯留タンクと分離器本体の気液分離領域の上流側及び／又は導入部とを連絡する連絡管１８であることができる（図４及び５等参照）。この連絡管１８は、例えば、螺旋状に形成されていることができる。これにより、連絡管内で気液混合気を遠心分離することができる。

上記「吸気部」は、上記貯留部の上部に設けられ且つ貯留部の外側の気液混合気を吸気する限り、その構成、形状、材質等は特に問わない。
上記吸気部は、例えば、上記貯留部の上部に設けられた吸気管１０であることができる（図１及び４等参照）。この吸気管１０は、例えば、上記貯留部の壁面から貯留部の少なくとも内方に延びて形成されていることができる。
上記吸気部は、例えば、貯留部の上壁に上下方向に開口して形成されていたり、貯留部の周壁に横方向に開口して形成されていたりできる。
上記吸気部は、例えば、貯留部の中心側に開口する上記液体排出部の近傍に配設されていることができる（図４参照）。これにより、例えば、車両が傾斜面を走行する際に、貯留部内に貯留された液体の液面が傾斜して、その液体が吸気部に逆流してしまうことを抑制できる。
上記吸気部の開口面積ｃは、例えば、上記導入部の開口面積ｄより小さな値に設定されていることができる（図１及び４等参照）。

上記「邪魔部」は、上記貯留部内に設けられ且つ貯留部内に貯留された液体の液体排出部への逆流を抑制する限り、その構成、形状、材質等は特に問わない。
上記邪魔部は、例えば、上記貯留部の内壁に固定されていたり、上記分離器本体に固定されていたりすることができる。
上記邪魔部の形状としては、例えば、平板状、湾曲板状、塊状、異形状等を挙げることができる。

上記邪魔部は、例えば、上記液体排出部の開口に対向する第１邪魔部１３ａを有していることができる（図１等参照）。この第１邪魔部は、例えば、液体排出部の開口面積より大きな面域を有していることができる。

上記邪魔部としては、例えば、（１）上記第１邪魔部１３ａと、この第１邪魔部の周囲に設けられる第２邪魔部１３ｂと、を有しており、これら第１及び第２邪魔部によって、貯留部の内部空間が液体排出部側の空間Ｓ１と貯留液体排出部側の空間Ｓ２とに上下に仕切られる形態（図１等参照）、（２）上記貯留部の内部空間を液体排出部側の空間Ｓ１と貯留液体排出部側の空間Ｓ２とに左右に仕切る仕切り壁２０を有している形態（図５等参照）等を挙げることができる。
上記（１）形態において、上記第１邪魔部及び第２邪魔部のうちの少なくとも一方は、例えば、水平面に対して傾斜するテーパ面１４を有することができる。このテーパ面によって、分離器本体の液体排出部から排出される液体が貯留部の底側に円滑に案内される。

以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。
尚、本実施例では、本発明に係る「気液分離器」として、車両エンジンのブローバイガスをガスとオイルとに遠心分離するものを例示する。

（１）気液分離器
本実施例に係る気液分離器１は、図１及び２に示すように、略円筒状の分離器本体２を備えている。この分離器本体２は、円筒部２ａと、この円筒部２ａの下端側に連なるテーパ筒部２ｂとを有している。この円筒部２ａの周壁には、分離器本体２の接線方向に延びる導入管３（本発明に係る「導入部」として例示する。）が設けられている。また、この円筒部２ａの周壁には、導入管３と平行であり分離器本体２の接線方向に延びる連通管１１（本発明に係る「連通部」として例示する。）が設けられている。この連通管１１は、後述のハウジング内に開口している。また、テーパ筒部２ｂの下端側には、後述のハウジングの中心部に開口するオイル排出管４（本発明に係る「液体排出部」として例示する。）が設けられている。また、上記分離器本体２の上壁の中心部には、分離器本体２の内部で上下方向（旋回軸方向）に延びる気体排出管５（本発明に係る「気体排出部」として例示する。）が設けられている。

上記気液分離器１は、分離器本体２の全体を覆う略円筒状のハウジング７（本発明に係る「貯留部」として例示する。）を備えている。このハウジング７の底壁には、そのテーパ部８の先端側に貯留オイル排出管９（本発明に係る「貯留液体排出部」として例示する。）が設けられている。この貯留オイル排出管９の開口面積ａは、上記オイル排出管４の開口面積ｂより小さな値に設定されている。

上記ハウジング７の側壁上部には、その壁面からハウジング７の内方及び外方に延びる吸気管１０（本発明に係る「吸気部」として例示する。）が設けられている。この吸気管１０の開口面積ｃは、上記導入管３の開口面積ｄより小さな値に設定されている。

上記ハウジング７内には、貯留オイルがオイル排出管４へ逆流してしまうことを抑制する邪魔部１３が設けられている。この邪魔部１３は、傘状の第１邪魔部１３ａ及びテーパ筒状の第２邪魔部１３ｂからなっている。この第１邪魔部１３ａは、オイル排出管４の開口に対向して配設されている。また、この第１邪魔部１３ａの外周側には、支持リブ（図示せず）等を介して上記第２邪魔部１３ｂが固定されている。この第２邪魔部１３ｂの外周側は、ハウジング７の内壁に固定されている。これら第１及び第２邪魔部１３ａ，１３ｂの上面には、水平面に対して傾斜するテーパ面１４が形成されている。そして、これら第１及び第２邪魔部１３ａ，１３ｂによって、ハウジング７の内部空間がオイル排出管４側の空間Ｓ１と貯留オイル排出管９側の空間Ｓ２とに上下に仕切られている。なお、上記第１及び第２邪魔部１３ａ，１３ｂの間には、両空間Ｓ１，Ｓ２を連通させる連通口１５が設けられている。

（２）気液分離器の作用
次に、上記気液分離器１の作用について説明する。
車両エンジンの燃焼室から漏洩するブローバイガスが導入管３から分離器本体２内に接線方向から導入される。すると、その導入されたブローバイガスが旋回流となってガスとオイル（オイルミスト）とに遠心分離される。その分離後のガスは気体排出管５から外部に排出される一方、その分離後のオイルは自重により分離器本体２の内周面側を下方に向って流れてオイル排出管４からハウジング７内の底部に一時的に貯留される。その後、アイドリング時等の際に、貯留オイル排出管９から逆流するブローバイガスの吸引力が貯留オイルの重量より小さくなると、貯留オイルは貯留オイル排出管９から外部に排出される。

そして、ブローバイガスの吸引時には、吸気管１０からハウジング７内にブローバイガスが吸気され、ハウジング７の貯留オイル排出管９から逆流するブローバイガスの吸引力が弱められる。また、貯留オイル排出管９からハウジング７内に逆流するブローバイガスは、連通管１１を介して分離器本体２の気液分離領域の上流側に流入されて分離器本体２内で気液分離される。さらに、第１及び第２邪魔部１３ａ，１３ｂによって、ハウジング７内に貯留されたオイルのオイル排出管４への逆流が抑制される。
なお、ブローバイガスの吸引時には、気体排出管５にかかる吸引力（負圧）Ｑは、導入管３の吸引力Ｑ１、吸気管１０の吸引力Ｑ２、及び貯留オイル排出管９の吸引力Ｑ３の総和となる。

（３）実施例の効果
本実施例の気液分離器１では、ハウジング７によって、分離器本体２で分離したオイルを貯留しながら排出するようにしたので、ハウジング７の貯留オイル排出管９からのオイルの排出性を向上させることができる。また、ハウジング７の貯留オイル排出管９に、従来のような運転中閉状態となる弁機構を設けていないので、運転中でもハウジング７内の貯留オイルを排出することができ、ハウジング７の小型化及び構造の簡素化を実現できる。

また、本実施例では、吸気管１０によって、ハウジング７内にブローバイガスを吸気するようにしたので、貯留オイル排出管９からのブローバイガスの逆流を抑制でき、そのブローバイガスの逆流による貯留オイルの飛散等を抑制できる。その結果、分離器本体２のオイル排出管４への貯留オイルの逆流を抑制できると共に、分離器本体２のオイル排出管４からのオイルの排出性を向上させることができる。

また、本実施例では、吸気管１０の開口面積ｃを、導入管３の開口面積ｄより小さい値に設定したので、吸気管１０からのブローバイガスの吸気量を必要最小限に抑えることができる。従って、ブローバイガスの大部分を導入管３から分離器本体２２内に導入させて気液分離することができる。
また、本実施例では、貯留オイル排出管９の開口面積ａを、オイル排出管４の開口面積ｂより小さな値に設定したので、貯留オイル排出管９へのブローバイガスの逆流をより確実に抑制できると共に、オイル排出管４からのオイルの排出性をより向上させることができる。

また、本実施例では、連通管１１によって、貯留オイル排出管９からハウジング７内に逆流したブローバイガスを分離器本体２内に流入させて気液分離するようにしたので、そのブローバイガスの逆流による貯留オイルの飛散等が抑制されると共に、その逆流ガスのオイル排出管４への流入が抑制される。その結果、分離器本体２のオイル排出管４への貯留オイルの逆流をより確実に抑制できると共に、分離器本体２のオイル排出管４からのオイルの排出性をより向上させることができる。

また、本実施例では、ハウジング７内に、オイル排出管４の開口に対向する第１邪魔部１３ａを設けると共に、この第１邪魔部１３ａ及び第２邪魔部１３ｂによって、ハウジング７の内部空間を２つの空間Ｓ１，Ｓ２に仕切るようにしたので、分離器本体２のオイル排出管４への貯留オイルの逆流をより確実に抑制できると共に、分離器本体２のオイル排出管４からのオイルの排出性をより向上させることができる。
また、前記第１及び第２邪魔部１３ａ，１３ｂに、水平面に対して傾斜するテーパ面１４を設けたので、それらのテーパ面１４によって、分離器本体２のオイル排出管４から排出されるオイルをハウジング７の底部に円滑に案内することができる。

尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、上記実施例では、分離器本体２の円筒部２ａに連通管１１を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、分離器本体２のテーパ筒部２ｂの上部に連通管１１を設けてもよい。なお、参考例として、図３に示すように、導入管３の途中に連通管１１’を設けてもよい。
また、上記実施例におけるハウジング７の内壁に、ハウジング７内を流れるブローバイガスに旋回力を与える螺旋板１７を設けるようにしてもよい（図３参照）。これにより、螺旋板１７でハウジング内でもブローバイガスを気液分離できる。

また、上記実施例では、貯留部としてハウジング７を例示したが、これに限定されず、例えば、図４及び５に示すように、分離器本体２のオイル排出管４が接続される貯留タンク７’としてもよい。この場合、分離器本体２の円筒部２ａ（又はテーパ筒部２ｂの上部）と貯留タンク７’とを連絡する連絡管１８を設けたり、導入管３と貯留タンク７’とを連絡する連絡管（図示せず）を設けたりしてもよい。この場合であっても、貯留タンク７’内に邪魔部１３を設けるようにしてもよい。
また、上記実施例では、貯留部の内部空間を上下２つの空間Ｓ１，Ｓ２に仕切る邪魔部１３を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、図５に示すように、貯留部の内部空間を左右２つの空間Ｓ１，Ｓ２に仕切る仕切り壁２０を設けるようにしてもよい。

また、上記実施例では、貯留部に１つの吸気管１０を設ける形態を例示したが、これに限定されず、例えば、貯留部に複数の吸気管を設けるようにしてもよい。この場合、複数の吸気管の開口面積の合計が、導入管の開口面積より小さい値に設定されることが好ましい。

気液混合気を気体と液体とに遠心分離する技術として広く利用される。特に、車両エンジンのブローバイガスをガスとオイルとに遠心分離する技術として好適に利用される。

本実施例に係る気液分離器の縦断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。気液分離器の他の形態を説明するための縦断図面である。気液分離器の更に他の形態を説明するための縦断図面である。気液分離器の更に他の形態を説明するための縦断図面である。

符号の説明

１，１’，２１，２１’；気液分離器、２；分離器本体、３；導入管、４；オイル排出管、５；気体排出管、７；ハウジング、７’；貯留タンク、９；貯留オイル排出管、１０；吸気管、１１，１１’；連通管、１３；邪魔部、１３ａ；第１邪魔部、１３ｂ；第２邪魔部、１８；連絡管、２０；仕切り壁。

Claims

筒状の分離器本体と、該分離器本体に設けられ且つ気液混合気を該分離器本体の内部に接線方向に導入する導入部と、該分離器本体に設けられ且つ分離した液体を排出する液体排出部と、該分離器本体に設けられ且つ分離した気体を排出する気体排出部と、を備える気液分離器において、
前記液体排出部から排出される液体を貯留する貯留部と、該貯留部に設けられ且つ貯留された液体を排出する貯留液体排出部と、該貯留部と前記分離器本体の気液分離領域の上流側とを連通する連通部と、を備え、
前記連通部は、前記分離器本体の円周の接線方向に延びる連通管であることを特徴とする気液分離器。
前記貯留部は、前記分離器本体を覆うハウジングであり、前記連通部は、前記分離器本体の気液分離領域の上流側に設けられ且つ該ハウジングの内部に開口する連通管である請求項１記載の気液分離器。
前記ハウジング内には、該ハウジング内を前記分離器本体の気液分離領域の上流側及び／又は前記導入部に向って流れる気液混合気に旋回力を与える螺旋板が設けられている請求項２記載の気液分離器。
前記貯留部は、前記分離器本体の前記液体排出部が接続される貯留タンクであり、前記連通部は、該貯留タンクと前記分離器本体の気液分離領域の上流側とを連絡する連絡管である請求項１記載の気液分離器。
前記気液混合気はブローバイガスである請求項１乃至４のいずれか一項に記載の気液分離器。