JP4708972B2 - 内燃機関のオイルセパレータ - Google Patents

Description

この発明は、外部に取り出されるブローバイガスからオイルミストを分離する内燃機関のオイルセパレータに関し、特に、ブローバイガスが導入される導入口の近傍の構造の改良に関する。

例えば自動車用内燃機関などにおいては、周知のように、燃焼室からクランクケース内に漏洩した未燃成分を含むブローバイガスを、外部から取り込んだ新気とともに機関吸気系に導いて燃焼させるようになっている。そして、クランクケース内を通るブローバイガスは、オイルミストを含んだものとなるので、機関吸気系へのオイルの持ち去りを防止するために、特許文献１〜３に開示されているように、一般に、シリンダヘッドカバーに一体にオイルセパレータを設け、このオイルセパレータを介してオイルを除去した後に、ブローバイガスを取り出すようにしている。
特開２００５−１２０８５５号公報 特開２００２−１０６３２０号公報 特開２０００−４５７４９号公報

シリンダヘッドカバーに設けられるオイルセパレータとしては種々の形式のものが提案されており、例えば上記の特許文献１に記載のものでは、ブローバイガスの導入口が動弁室内へ向けて大きく開かれており、かつ、オイルセパレータの内部には、オイルミストを分離するための複数の小孔状の微細通路が形成された多孔壁部が設けられている。この場合、カムシャフト等の回転体から跳ね上げられた液状のオイルが導入口から浸入して多孔壁部の微細通路を塞いでしまい、オイル分離性能の低下を招いたり、オイルセパレータ内に堆積した液状オイルがオイルドレンから排出される前に再飛散してしまい、吸気系へのオイル持ち去り量の増加を招くおそれがある。

導入口からの液状オイルの浸入を防ぐために、単に導入口の開口面積を小さく絞ると、通流抵抗が増加するとともに、この導入口を通過するガス流速が過度に上昇し、導入口の周辺に浮遊しているオイルミストを大量に吸引して、やはりオイル持ち去り量の増加を招くおそれがあり、更なる改良が望まれていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、液状オイル及びオイルミストの浸入を導入口の近傍で良好に遮断できる新規なオイルセパレータを提供することを主たる目的としている。

導入口よりケーシングの内部に導入されるブローバイガスからオイルミストを分離する内燃機関のオイルセパレータであって、
上記ケーシングのケース下壁部に、下方へ張り出した入口部が形成され、
この入口部が、
上記導入口が開口形成された底壁部と、
この底壁部の外縁より上方へ立ち上がり、上端で上記ケース下壁部に接続する周壁部と、
この周壁部の内方かつ上記底壁部の上方に配置され、上記導入口の上方を覆う遮蔽板部と、を有し、
互いに平行な板状をなす遮蔽板部と底壁部との間に、上記周壁部へ向かってブローバイガスが通流するガス通路が形成されるとともに、
上記ガス通路の上方であって、上記遮蔽板部の周縁と上記周壁部の内面との間に、上記ガス通路と上記ケーシング内部とを連通する空隙部が確保されていることを特徴としている。

本発明によれば、導入口の上方を覆う遮蔽板部により、導入口からの液状オイルの直接的な浸入を防止することができ、かつ、この遮蔽板部と底壁部との間のガス通路を通流するブローバイガスが周壁部に衝突する際に、オイルミストを分離・吸着させて捕捉することができる。従って、液状オイルとオイルミストの大半を導入口の近傍でせき止めることができ、オイルセパレータ内部へのオイルの浸入を著しく低減することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、オイルセパレータは、所定容積を有する箱型のケーシング１０を主体としており、カムシャフト２等が配設される内燃機関の動弁室１の上方に配置される。このオイルセパレータでは、クランクケースから動弁室１へと流れてきたブローバイガスが導入口１１より導入され、オイル分離部１２によりブローバイガス中のオイルミストが分離され、分離されたオイルがオイルドレイン１３より下方の動弁室１へ排出される一方、オイル分離後のブローバイガスが出口管部１４より外部（機関吸気系）へ取り出されるようになっている。

ケーシング１０は、図中では簡略的に一体的に描いているが、一般的にはポリアミド等からなる複数の合成樹脂部品を接合して構成されており、例えば上記の特開２００５−１２０８５５号公報にも記載されているように、シリンダヘッドカバーの頂部内面にカバーを取り付けることにより大略構成される。

オイル分離部１２は、ブローバイガスが通流する通路が上下にジグザグなラビリンス構造となるように、ケーシング１０のケース上壁部１５から下方へ突出する２つの上流側仕切壁部１６と下流側仕切壁部１７の間に、小孔状の複数の微細通路１９が貫通形成された多孔壁部１８が配置されている。微細通路１９の通路長をある程度確保するために、多孔壁部１８は仕切壁部１６，１７に比して厚い壁となるように成形されている。このように微細通路１９を備えた多孔壁部１８が一種のフィルタとして機能してオイルミストの分離を行う。具体的には、微細通路１９により絞られたブローバイガスの流れが下流側仕切壁部１７に衝突することでオイルミストが分離される。分離されたオイルは、ケーシング１０のケース下壁部２０を伝ってオイルドレイン１３より動弁室１へ戻される。

図２及び図３は、上記の導入口１１が形成されるブローバイガスの入口部２１の近傍の断面図である。これらの図１〜３を参照して、本発明の第１実施例に係る入口部２１近傍の構成について説明する。この入口部２１では、導入口１１が開口形成された底壁部２２と、この底壁部２２の外縁より上方へ立ち上がる周壁部２３と、底壁部２２の上方に配置され、導入口１１の上方を全面にわたって覆う遮蔽板部２４と、が設けられている。そして、この遮蔽板部２４と底壁部２２との間に、周壁部２３へ向かってブローバイガスが通流するガス通路２５が形成されている。

底壁部２２と周壁部２３とは、好ましくはケーシング１０のケース下壁部２０に一体的に折曲形成された簡素な構造となっている。つまり、周壁部２３はケース下壁部２０から下方へ折曲形成されており、底壁部２２は、周壁部２３の下端を部分的に塞ぐように、周壁部２３の下端から内方へ折曲形成されており、この底壁部２２の中央部に上記の導入口１１が開口している。つまり底壁部２２と周壁部２３はケーシング１０のケース下壁部２０から下方へ張り出すように形成されている。周壁部２３はケース下壁部２０に対して略直交しており、かつ、後述する一対の衝突面部２８を含む多角形状、より具体的には略矩形状をなしている。底壁部２２はケース下壁部２０と平行な板状をなしている。但し、底壁部２２及び周壁部２３をケース下壁部２０と一体成形することが製造上困難な場合には、これらを別体として後からケース下壁部２０に接合するようにしても良い。

図２に示すように、ガス通路２５のガス通流方向である通路長手方向（図２の左右方向）Ｐ１についての寸法に関し、遮蔽板部２４の寸法Ｌ１は、導入口１１の内径Ｌ２より長く、周壁部２３の内径Ｌ３よりも短く設定されている。従って、遮蔽板部２４と底壁部２２との間に通路長手方向Ｐ１に沿うガス通路２５が形成されるとともに、遮蔽板部２４と周壁部２３との間にブローバイガスが通流可能な空隙部２９が確保されている。

導入口１１に対面する遮蔽板部２４の下面側には、複数の突条２６が突出形成されており、隣り合う突条２６の間に、上記のガス通路２５を構成する複数の溝部２７が平行に形成されている。これらの突条２６及び溝部２７は、上記の通路長手方向Ｐ１で全長にわたって延長形成されており、溝部２７の両端は周壁部２３へ向けて開放している。周壁部２３には、溝部２７を通流するブローバイガスが略垂直に衝突する一対の衝突面部２８が設けられている。つまり、衝突面部２８は、溝部２７の長手方向、つまり上記の通路長手方向Ｐ１に直交する平面に設定されている。

複数の溝部２７の通路断面積を合わせた総通路断面積、つまりガス通路２５の総通路断面積Ｓ１は、導入口１１の開口面積Ｓ２、つまりブローバイガスが通過する導入口１１の通路断面積Ｓ２よりも小さく設定されている。

また、図２及び図３に示す第１実施例では、突条２６の下端が底壁部２２の上面に接合されて、遮蔽板部２４が底壁部２２上に取り付けられている。この場合、溝部２７内に形成されるガス通路２５が通路長手方向Ｐ１に延びる閉断面構造となり、導入口１１から導入されるブローバイガスを、ガス通路２５内に確実に導入し、その通流方向（通路長手方向）Ｐ１を確実に規制することができる。

但し、全ての突条２６の下端を底壁部２２の上面に接合させることが製造上困難な場合には、図４に示す第２実施例のように、突条２６と底壁部２２との間にわずかな隙間ΔＤを確保するようにしても良い。この場合でも、導入口１１から導入されたブローバイガスの大半が溝部２７内を通路長手方向Ｐ１（図４の紙面に垂直な方向）に沿って流れることとなり、上記第１実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の特徴的な構成及び作用効果について、上記実施例を参照しつつ列記する。但し、本発明は符号を付した実施例の構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形・変更を含むものである。

（１）導入口１１より導入されるブローバイガスからオイルミストを分離する内燃機関のオイルセパレータであって、導入口１１が開口形成された底壁部２２と、この底壁部２２の外縁より上方へ立ち上がる周壁部２３と、底壁部２２の上方に配置されて導入口１１の上方を覆う遮蔽板部２４と、を有し、この遮蔽板部２４と底壁部２２との間に、周壁部２３へ向かってブローバイガスが通流するガス通路２５が形成されている。

導入口１１の上方を覆う遮蔽板部２４を設けたことにより、図１に示すように、カムシャフト２のカムロブ２Ａ等から直接的に跳ね上げられる液状オイルの浸入を確実に防止することができるとともに、導入口１１を通過したブローバイガスが遮蔽板部２４に衝突するときにブローバイガス中のオイルミストの一部を分離・捕捉することができる。但し、図２や図３に示すように、遮蔽板部２４よりも導入口１１の開口面積を小さくして、この導入口１１の上方を遮蔽板部２４により完全に覆う形態とすると、必然的に、導入口１１の近傍のブローバイガスの流速が高くなり、導入口１１周辺のオイルミストが吸引され、ブローバイガス中に含まれるオイルミストが増加する傾向にあり、オイル持ち去り量の増加を招き易いものの、上述したように、遮蔽板部２４と導入口１１が形成される底壁部２２との間に、周壁部２３へ向かう所定の通路長手方向Ｐ１に沿うガス通路２５を形成して、このガス通路２５を流れるオイルミストを含んだブローバイガスを周壁部２３へ衝突させることにより、上記の流速の増加を有効に利用して、ブローバイガス中のオイルミストを分離・吸着させて、捕捉することができる。分離されたオイルは、周壁部２３から底壁部２２を伝って導入口１１から下方へ排出されることとなる。

このように、遮蔽板部２４により液状オイルの浸入を確実に防止しつつ、遮蔽板部２４と底壁部２２との間に周壁部２３へ向かうガス通路２５を形成し、このガス通路２５を流れる流速の速いブローバイガス中からオイルミストを有効に分離・捕捉することができるために、導入口１１が形成される入口部２１で大半のオイルの浸入を防ぐことができ、オイル捕捉効率を格段に向上することができる。このため、下流側のオイル分離部１２でのオイル分離も良好な状態で安定して機能することができる。

（２）一般的に、オイルミストを壁面に衝突・吸着させて捕捉する方式の場合、壁面に対してオイルミストが衝突するときの角度が垂直に近いほど捕捉性能が向上するという性質がある。そこで上述したように、導入口１１に対面する遮蔽板部２４の下面側に、ガス通路２５を構成する複数の溝部２７が平行に形成されており、周壁部２３には、溝部２７を通流するブローバイガスが略垂直に衝突する衝突面部２８が設けられている。このように、複数の溝部２７によりガス通路２５をトンネル・チャンネル状の流路として、ここを流れるガスの通路長手方向Ｐ１を、衝突面部２８に略垂直な方向に確実・強制的に規制することができ、ひいては上記のオイル分離機能をより安定して得ることができる。

（３）オイルミストが衝突面部２８に衝突する際に、その衝突速度が大きいほど捕捉効率が向上する。この衝突速度はブローバイガスが通過する流路の断面積、つまりガス通路２５の通路断面積Ｓ１に大きく依存し、この通路断面積Ｓ１が小さいほど流速は高くなる。そこで、ガス通路２５の通路断面積Ｓ１を、導入口１１の開口面積Ｓ２よりも小さく設定している。このようにガス通路２５の通路断面積Ｓ１を小さくすることによって、上述したように衝突速度を高めてオイルミストの捕捉性能を向上することができることに加え、導入口１１とガス通路２５の二箇所で流路が段階的に絞られる形となり、流速を徐々に高めつつ、複数の溝部２７によりその流れを整流することができ、上記の捕捉性能を安定して良好に得ることができる。

（４）更に好ましくは、導入口１１が形成される底壁部２２と遮蔽板部２４とが略平行に配置されている。従って、導入口１１を通過するブローバイガスの大半が遮蔽板部２４に略垂直に衝突するようになり、この遮蔽板部２４への衝突によるオイルミストの捕捉効率を一段と向上することができる。

（５）図５に示す比較例では、導入口１１の上方に遮蔽板部が設けらておらず、ケース上壁部１５の下面に導入口１１側へ突出する突起部４０が設けられている。この突起部４０により、矢印Ｙ１に示すように導入口１１から浸入してきた液状オイルがケース上壁部１５に衝突して飛散する際に、矢印Ｙ２に示すように液状オイルの反射角度・方向を規制して、ケーシング内部への液状オイルの浸入を低減する構造としている。これに類似する構造が上記の特開２００５−１２０８５５号公報に記載されている。しかしながら、この比較例のように遮蔽板部がなく、導入口１１の上方が大きく開放している構成では、導入口１１からの液状オイルの浸入を有効に防ぐことはできず、また、カムシャフト２のカムロブ２Ａ（図１参照）のような回転体からの液状オイルの飛散方向は一定ではないので、矢印Ｙ３で示すように、導入口１１を通過した液状オイルの全てが突起部４０に真っ直ぐに向かうことはなく、全ての液状オイルの反射方向を制御することはできない。

これに対して上記実施例では、図２に示すように、ガス通路２５を画成する遮蔽板部２４と底壁部２２との間隙ΔＨは十分に短く設定されている。具体的には、遮蔽板部２４は、ケース上壁部１５から大きく離間するケース下壁部２０に近接して配置されており、より具体的にはケース下壁部２０と略同一面上に設定されており、上記の間隙ΔＨは、例えば遮蔽板部２４の寸法Ｌ１よりも遥かに小さく設定されている。従って、導入口１１を通過した液状オイルが遮蔽板部２４により跳ね返され、このとき、仮に反射方向が多少ばらついても、遮蔽板部２４とほぼ同一面上に配置されるケース下壁部２０の上方へ飛散するようなことはなく、そのほぼ全てが導入口１１から下方へ排出されることとなり、ケーシング１０内部へと浸入することがない。導入口１１を含む入口部２１は液状オイルがケーシング１０内部へと浸入するために必ず通過する部位であるため、ほぼ全ての液状オイルの浸入を防ぐことが可能となる。

つまり、比較例では入口部２１を通過してケーシング１０内部に浸入してきた液状オイルを入口部２１の方向へと反射させて排出する技術であるのに対し、本実施例では実質的に入口部２１からケーシング１０の内部へ液状オイルを浸入させないものであり、かつ、上述したようにブローバイガス中に含まれるオイルミストをも入口部２１で有効に分離・捕捉し得るものである。

本発明に係る内燃機関のオイルセパレータの一例を簡略的に示す断面図。 本発明の第１実施例に係るオイルセパレータの入口部の断面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。 本発明の第２実施例に係るオイルセパレータの入口部の断面図。 比較例に係るオイルセパレータを示す断面図。

符号の説明

１１…導入口
２１…入口部
２２…底壁部
２３…周壁部
２４…遮蔽板部
２５…ガス通路
２７…溝部
２８…衝突面部

Claims (3)

1. 導入口よりケーシングの内部に導入されるブローバイガスからオイルミストを分離する内燃機関のオイルセパレータであって、
   上記ケーシングのケース下壁部に、下方へ張り出した入口部が形成され、
   この入口部が、
   上記導入口が開口形成された底壁部と、
   この底壁部の外縁より上方へ立ち上がり、上端で上記ケース下壁部に接続する周壁部と、
   この周壁部の内方かつ上記底壁部の上方に配置され、上記導入口の上方を覆う遮蔽板部と、を有し、
   互いに平行な板状をなす遮蔽板部と底壁部との間に、上記周壁部へ向かってブローバイガスが通流するガス通路が形成されるとともに、
   上記ガス通路の上方であって、上記遮蔽板部の周縁と上記周壁部の内面との間に、上記ガス通路と上記ケーシング内部とを連通する空隙部が確保されていることを特徴とする内燃機関のオイルセパレータ。
2. 上記導入口に対面する遮蔽板部の下面側に、上記ガス通路を構成する複数の溝部が平行に形成されており、
   上記周壁部には、上記溝部を通流するブローバイガスが略垂直に衝突する衝突面部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のオイルセパレータ。
3. 上記ガス通路の通路断面積が上記導入口の開口面積よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のオイルセパレータ。

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