JP5093032B2

JP5093032B2 - 分離器

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Publication number: JP5093032B2
Application number: JP2008251544A
Authority: JP
Inventors: 泰啓斉藤
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: JP2010084533A; US20100078371A1

Description

本発明は、分離器に関し、更に詳しくは、簡易な構成により、内燃機関の潤滑オイルに混入した燃料成分を、オイルを劣化させることなく分離し得る分離器に関する。

従来より、内燃機関の潤滑オイルの燃料成分の混入による希釈を抑制するため、その分離方法として、オイルを昇温させることにより燃料成分を気化させて分離する方法が知られている。（例えば、特許文献１及び２参照。）。
上記特許文献１には、内燃機関の潤滑回路内に設けられたオイルヒータにより、潤滑オイルの温度を上昇させて、潤滑オイルに混入した燃料や潤滑オイルに混入しようとする燃料のうち気化する燃料成分を増やすことが開示されている。
また、上記特許文献２には、オイルパン内の潤滑油を加熱するためのヒータをオイルパン底部に設けて潤滑油の温度調整を行い、燃料を気化させることが開示されている。

特開２００４−１９０５１３号公報特開２００４−３４００５６号公報

しかし、上記特許文献１及び２では、オイル中の燃料成分をヒータにて気化させているが、通常、内燃機関の運転時のオイル温度は最高でも１３０℃程度であり、この場合、オイル中の燃料成分の３０％以上が残留してしまう。また、２００℃程度まで昇温させればオイル中に含まれる燃料成分の略全量を気化させることができるが、この場合、オイル自体も劣化してしまうという問題が発生する。
しかも、いずれの場合も潤滑回路内のオイル全体を加熱するようにしているので、ヒータが大掛かりな構成になってしまう。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により、内燃機関の潤滑オイルに混入した燃料成分を、オイルを劣化させることなく分離し得る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．燃料により希釈されたオイルから燃料成分をクロスフロー濾過方式にて分離する分離器であって、
筒状の分離器本体と、
前記分離器本体内に設けられ且つ該分離器本体内を第１領域及び第２領域に仕切り更に前記オイルに含まれる燃料成分を透過させて分離する分離部材と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第１領域に前記オイルを導入するオイル導入部と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第１領域から前記オイルを排出するオイル排出部と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第２領域から前記燃料成分を排出する燃料排出部と、
前記オイル導入部に隣接するように前記分離部材の上流側に設けられ、前記オイルが該分離部材に到達する前に該オイルを加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする分離器。
２．前記分離器本体は、円筒状に形成されており、前記分離部材は、前記分離器本体の軸方向に円筒状に形成されている上記１．記載の分離器。
３．前記第１領域は、前記分離部材の内側の領域であり、前記第２領域は、前記分離部材の外側の領域であり、前記オイル導入部及び前記オイル排出部は、前記分離器本体の両端面にそれぞれ設けられ、前記燃料排出部は、前記分離器本体の側面に設けられている上記２．記載の分離器。
４．前記第１領域は、前記分離部材の外側の領域であり、前記第２領域は、前記分離部材の内側の領域であり、前記オイル導入部及び前記オイル排出部は、前記分離器本体の側面にそれぞれ設けられ、前記燃料排出部は、前記分離器本体の端面に設けられている上記２．記載の分離器。
５．前記第１領域における前記オイルの流れを螺旋流にする旋回手段を備える上記１．〜４．のいずれか１項に記載の分離器。
６．前記オイルが所定温度より低温である場合にのみ前記加熱手段を作動させる加熱制御手段を備える上記１．〜５．のいずれか１項に記載の分離器。
７．前記分離部材は、燃料成分を透過可能な多数の細孔を有するセラミックスからなる分離膜部と、前記分離膜部の細孔の径よりも大きい多数の細孔を有するセラミックスからなる支持体部と、を有するセラミックフィルタであり、前記分離膜部が前記支持体部よりも前記第１領域寄りに位置するように構成されている上記１．〜６．のいずれか１項に記載の分離器。
８．前記分離部材を加熱するヒータを更に備える上記７．記載の分離器。

本発明の分離器によると、オイルは分離部材に到達する前に加熱手段により瞬間的且つ局所的に加熱され、燃料成分の気化が促進される。そして、燃料成分の気化により圧力が高められたオイルは、分離部材を介して燃料成分を容易に分離し、オイルから分離された燃料成分は燃料排出部により第２領域から排出され、燃料成分が分離されたオイルはオイル排出部により第１領域から排出される。
このように、オイルを加熱して燃料の気化を促進し、また、この燃料の気化によって分離部材近傍を昇圧することにより、分離部材による燃料成分の分離を促進させることができる。また、局所的に加熱したオイルから分離部材を用いて燃料成分を分離するようにしたので、従来のように全てのオイルを昇温するための大掛かりなヒータ等を設ける必要がなく簡易な構造とすることができ、また、オイルを瞬間的且つ局所的に加熱すれば足りるので、従来のようにオイル全体を昇温するために過度に加熱する必要が無く、熱によるオイルの劣化を防止することができ、更には、従来と比較して、エネルギ消費を抑制することができる。また、クロスフロー濾過方式を採用しているので、分離部材の表面にオイル中に含まれるスラッジ等の固形成分が堆積するのを防止して、分離部材の目詰まりを抑えて分離部材の能力低下を抑制することができる。

また、前記分離器本体が、円筒状に形成されており、前記分離部材が、該分離器本体の軸方向に円筒状に形成されている場合は、分離器を更に簡易な構造とすることができる。
更に、前記第１領域が前記分離部材の内側の領域であり、前記第２領域が前記分離部材の外側の領域であり、前記オイル導入部及び前記オイル排出部が前記分離器本体の両端面にそれぞれ設けられ、前記燃料排出部が前記分離器本体の側面に設けられている場合は、オイル導入部から円筒状の分離部材を経てオイル排出部に至るオイルの流路を直線的に形成することができ、この分離器を内燃機関の潤滑回路に組み込んでも、回路内のオイルの流通を阻害することなく、オイルの円滑な流通を確保できる。
また、前記第１領域が前記分離部材の外側の領域であり、前記第２領域が前記分離部材の内側の領域であり、前記オイル導入部及び前記オイル排出部が前記分離器本体の側面にそれぞれ設けられ、前記燃料排出部が前記分離器本体の端面に設けられている場合は、オイルが流通する第１領域の容積を大きく設定することができ、また、内側の第１領域から外側の第２領域へと燃料を濾過する場合と比較して、同じ断面積の分離部材を用いた場合、濾過面積を大きく設定することができる。
また、前記第１領域における前記オイルの流れを螺旋流にする旋回手段を備える場合は、加熱手段により加熱されたオイルを攪拌して均一な加熱を図ることができ、流通するオイルの全体から効率よく燃料成分を気化させることができる。特に、第１領域が分離部材の外側の領域で且つ第２領域が分離部材の内側の領域である場合は、オイルが螺旋流になることでオイルよりも比重の小さい燃料成分が流れの中心側に集まって分離部材により更に効率よく分離されるようになる。
また、前記オイルが所定温度より低温である場合にのみ前記加熱手段を作動させる加熱制御手段を備える場合は、エンジンの始動時などオイルが十分に昇温されていない時に加熱手段を作動させてオイルから燃料成分を分離することができる一方、エンジンをある程度の時間運転し、エンジンの熱によりオイルが十分に昇温された時は加熱手段の作動を止めて熱によるオイルの劣化を防止できると共にエネルギ消費を抑制することができる。

また、燃料成分を透過可能な多数の細孔を有する分離膜部と、前記分離膜部の細孔の径よりも大きい多数の細孔を有する支持体部と、を有するセラミックフィルタである場合は、濾過能力に優れた、高性能の分離器を実現することができる。

本実施形態に係る分離器は、燃料により希釈されたオイルから燃料成分をクロスフロー濾過方式にて分離する分離器であって、以下に述べる分離器本体、分離部材、オイル流入部、オイル排出部、燃料排出部及び加熱手段を備えている。尚、クロスフロー濾過方式とは、流れの一部のみが濾材を通過する濾過方式のことである（例えば、図２、５、６、１０及び１２等参照）。

上記「分離器本体」は、その内部に導入されるオイルから燃料成分を分離する限り、その構造、形状、材質等は特に問わない。この分離器本体の材質としては、例えば、鉄、アルミニウム等の金属製、樹脂製等を挙げることができる。また、分離器本体の形状としては、例えば、円筒状、角筒状（例えば、四角（正方形、長方形等）、六角、八角等）等を挙げることができる。

上記「分離部材」は、上記分離器本体内に設けられ且つ分離器本体内を第１領域及び第２領域に仕切り更にオイルに含まれる燃料成分を透過させて分離する限り、その構造、形状、材質等は特に問わない。この分離部材の形状としては、例えば、円筒状（例えば、図２〜８等参照）、角筒状（例えば、四角（正方形、長方形等）、六角、八角等）、長さ方向に２以上の貫通孔を有する柱状（例えば、図９等参照）、平板状（例えば、図１０等参照）、湾曲板状、屈曲板状等を挙げることができる。また、分離部材の材質としては、例えば、セラミックス製、樹脂製等を挙げることができる。また、分離部材の構造としては、燃料成分を透過可能な多数の細孔を有する一体的に形成された分離部材である構造、燃料成分を透過可能な多数の細孔を有する分離膜部が、分離膜部の細孔の径よりも大きい多数の細孔を有する支持体部の表面に形成されている分離部材である構造等を挙げることができる。

尚、上記分離部材が分離膜部と支持体部とを備える場合、分離膜部の厚さは、好ましくは５〜２０μｍであり、支持体部の厚さは、好ましくは１〜５ｍｍである。また、それらの材質は、同一であってもよいし、同一でなくてもよい。また、分離膜部と支持体部との間に、更に１又は２以上の層を設けるようにしてもよい。

上記分離部材による分離器本体内の仕切り形態としては、例えば、（１）１若しくは２以上の筒状、又は２以上の貫通孔を有する柱状、の分離部材により分離器本体内を分離部材の内側の第１領域と分離部材の外側の第２領域とに仕切る形態（例えば、図２、３等参照）、（２）１若しくは２以上の筒状、又は２以上の貫通孔を有する柱状、の分離部材により分離器本体内を分離部材の外側の第１領域と分離部材の内側の第２領域とに仕切る形態（例えば、図５〜７等参照）、（３）板状の分離部材により分離器本体内を側方に隣接する第１領域と第２領域とに仕切る形態（例えば、図１０等参照）等を挙げることができる。

上記「オイル導入部」は、上記分離器本体に設けられ且つ第１領域にオイルを導入する限り、その形状、配置形態等は特に問わない。
上記「オイル排出部」は、上記分離器本体に設けられ且つ第１領域からオイルを排出する限り、その形状、配置形態等は特に問わない。
上記「燃料排出部」は、上記分離器本体に設けられ且つ第２領域から燃料成分を排出する限り、その形状、配置形態等は特に問わない。この燃料排出部は、例えば、内燃機関の吸気側に接続されていたり、また、分離した燃料を貯留する貯留タンク等に接続されていたり、更に、分離した燃料を更に処理する処理手段に接続されていたりすることができる。

上記「加熱手段」は、上記分離部材の上流側に設けられ、上記オイルが分離部材に到達する前にそのオイルを加熱する限り、その構造、形状、配置形態等は特に問わない。この加熱手段は、例えば、筒状のヒータ本体に電熱線を内蔵したヒータとしたり、また、筒状のヒータ本体の内周面あるいは外周面に電熱線を設けたヒータとしたり、更には、筒状のヒータ本体に対して熱源として排ガスや冷却水を用いたものとすることができる。加熱手段による加熱温度としては、例えば、エンジンの通常運転時のオイル温度が最大１３０℃であることを考慮して、８０〜１３０℃とすることができる。

ここで、例えば、上記分離部材による分離器本体内の仕切り形態が（１）である場合、上記加熱手段の内径は、分離部材の内径と同じであることができる。また、例えば、上記分離部材による分離器本体内の仕切り形態が（２）である場合、上記加熱手段の外径は、分離部材の外径と同じであることができる。加熱手段において加熱されて気化されたオイルがそのまま分離部材の分離膜部に供給されるようになり、効率よく燃料成分の分離を行うことができるからである。

また、前記オイルが所定温度より低温である場合にのみ前記加熱手段を作動させる加熱制御手段を備えることができる。加熱制御手段は、エンジンの始動時などオイルが十分に昇温されていない時、例えば、オイル温度が８０℃未満である時に加熱手段を作動させると共に、エンジンをある程度の時間運転し、エンジンの熱によりオイルが十分に昇温された時、例えば、オイル温度が１００℃に達した時に加熱手段の作動を止めるようにできる。この加熱制御手段は、例えば、エンジンを制御するＥＣＵを用いてもよいし、新たに設けるようにしてもよい。また、加熱制御手段の温度センサは、例えば、エンジンに予め設けられている油温センサを利用してもよいし、新たに設けるようにしてもよい。

ここで、燃料がガソリンである場合、燃料は様々な分子量の成分の混合物であることから全ての成分を気化するには１８０℃程度まで上げる必要がある。そして、エンジンの通常運転時にはオイル温度が１３０℃程度まで上昇するので、加熱手段によりオイルを加熱しなくても燃料成分の多くは気化するようになる。しかし、例えば、エンジンの駆動・停止を頻繁に繰り返したり、近距離の移動のように短時間の運転である場合等は、オイル温度がエンジンの通常運転時の温度まで昇温せず、燃料成分は十分に気化されない。このため、オイル温度が例えば８０℃未満の時に加熱手段を作動させ、１００℃に達した時に加熱手段を停止させる加熱制御手段による加熱制御が極めて有効になる。

ここで、上記分離器本体が円筒状であり、上記分離部材が１若しくは２以上の円筒状又は２以上の貫通孔を有する柱状であり、分離部材による分離器本体内の仕切り形態が上記（１）の形態である場合には、上記オイル導入部及びオイル排出部は、分離器本体の両端面にそれぞれ設けられることができる（例えば、図２、３等参照）。この場合、上記オイル導入部及びオイル排出部は、分離部材を介して直線状に設けられていることが好ましい。オイルをスムーズに流通させることができるからである。

また、上記分離器本体が円筒状であり、分離部材が１若しくは２以上の円筒状又は２以上の貫通孔を有する円柱状であり、分離部材による分離器本体内の仕切り形態が上記（２）の形態である場合には、上記オイル導入部は、分離器本体の側面に、その接線方向にオイルを導入するように、また、上記オイル排出部は、分離器本体の側面に、その接線方向からオイルを排出するようにそれぞれ設けられることができる（例えば、図５〜７等参照）。これにより、導入および排出するオイルによって第１領域内のオイルに旋回力を付与するようにすることができる。また、この場合、上記オイル導入部及びオイル排出部は、分離器本体の両端面側の側面に、それぞれ離隔した位置に設けられていることが好ましい。オイルを、オイル導入部から導入してオイル排出部から排出するまでに、分離器本体内でより多く旋回させることができるからである。
更に、上記分離器本体が円筒状であり、分離部材が１若しくは２以上の円筒状又は２以上の貫通孔を有する円柱状であり、分離部材による分離器本体内の仕切り形態が上記（２）の形態である場合には、上記加熱手段は分離器本体の内部で分離部材の上流側に設けることができる。また、この場合、上記オイル導入部及びオイル排出部は、分離器本体の両端面にそれぞれ設けられることができる（例えば、図５等参照）。

また、前記第１領域における前記オイルの流れを螺旋流にする旋回手段を備えるようにできる。旋回手段としては、分離器本体の内周面あるいは加熱手段のオイルに接する面を螺旋状に形成したり、または、加熱手段のオイルに接する面に螺旋状の電熱線を設けたりすることにより実現できる。更に、分離部材による分離器本体内の仕切り形態が上記（２）の形態である場合には、上述のように、オイル導入部及び／又はオイル排出部を分離器本体の側面で接線方向にオイルを導入及び／又は排出するように設けることにより実現することができる。
ここで、上記旋回手段による螺旋流は、例えば、分離部材による分離器本体内の仕切り形態が上記（１）、（３）の形態である場合には、流通するオイルを攪拌し得る程度の螺旋流でよく、また、分離部材による分離器本体内の仕切り形態が上記（２）の形態である場合には、旋回による遠心分離効果を発生させ得る程度の螺旋流であることが好ましい。

本実施形態に係る分離器は、内燃機関の潤滑回路内（例えば、図１等参照）に、又は潤滑回路とは別系統の単独の分離回路（例えば、図１３等参照）として、設けることができる。また、上記内燃機関としては、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、バイオ燃料エンジン等を挙げることができ、従って、本実施形態に係る分離器により分離される燃料としては、例えば、ガソリン、ディーゼル燃料、バイオ燃料等が挙げられる。

以下、図面を用いて実施例１及び２により本発明を具体的に説明する。なお、本実施例１〜３では、本発明に係る「分離器」として、ウェットサンプ式エンジンを潤滑するオイルから燃料成分を分離する分離器を例示する。

（実施例１）
（１）分離器の構成
本実施例１に係る分離器１は、図１に示すように、ウェットサンプ式エンジン２（以下、単に「エンジン」と略記する。）の潤滑回路内の、オイルをエンジン２の各部に圧送する潤滑用ポンプ３の吐出側に設けられている。

分離器１は、図２及び３に示すように、円筒状で金属製の分離器本体１０を備えている。この分離器本体１０内には、その両端を分離器本体１０の両端の端面部１０ａ、１０ｂに段差孔付きのリング部材１９を介して取着されたセラミックス製のセラミックフィルタ（本発明に係る分離部材として例示する。）１１が設けられている。このセラミックフィルタ１１により、分離器本体１０内は、セラミックフィルタ１１の内側の第１領域１５と外側の第２領域１６とに仕切られている。また、分離器本体１０の一端側の端面部１０ａには、分離器本体１０内の第１領域１５にオイルを導入するオイル導入部１２が設けられており、また、分離器本体１０の他端側の端面部１０ｂには、分離器本体１０内の第１領域１５からオイルを排出するオイル排出部１３が設けられている。

オイル導入部１２の上流側にはオイルを加熱する加熱手段２０がフランジ２１により連結されている。この加熱手段２０は、円筒形状のヒータ本体２０ａと、該ヒータ本体２０ａに内蔵された電熱線２０ｂと、を備えてなるヒータとしている。加熱手段２０の内径とセラミックフィルタ１１の内径は同じものとしている。この加熱手段２０は、電熱線２０ｂに通電することによりヒータ本体２０ａの内部を流通するオイルを瞬間的且つ局所的に加熱することができる。加熱温度としては１３０℃としている。更に、オイルの温度を所定温度と比較して、その結果に応じて加熱手段２０をオンオフ制御する加熱制御手段９０が設けられている。この加熱制御手段９０は、エンジン２を制御するＥＣＵとしている。また、この加熱制御手段９０の温度センサは、エンジン２に予め設けられている油温センサ（図示せず）を利用している。この加熱制御手段９０は、オイルが８０℃未満である時に加熱手段２０を作動させると共に、オイルが１００℃に達した時に加熱手段２０を停止するものとしている。
更に、分離器本体１０の外周側の側面部１０ｃには、分離器本体１０内の第１領域１５に導入されたオイルから、セラミックフィルタ１１を透過して第２領域１６に到達し、オイルから分離された燃料成分を排出する燃料排出部１４が設けられている。また、燃料排出部１４の他端側は、エンジン２の吸気管４に接続されている。

上記セラミックフィルタ１１は、図４（Ａ）に示すように、多数の細孔を有する支持体部１１ａと、その内側の、支持体部１１ａの細孔径よりも小さく、燃料成分を透過可能な多数の細孔を有する分離膜部１１ｂと、からなる２層構造をしている。そして、セラミックフィルタ１１の外径及び内径はそれぞれ約１０ｍｍ及び７ｍｍ、また、分離膜部１１ｂの厚さは１０μｍ程度となっている。また、支持体部１１ａに設けられている細孔の平均径は１０μｍ程度であるのに対し、分離膜部１１ｂに設けられている細孔の平均径は２０ｎｍ程度である。
ここで、内燃機関に用いられるガソリン等の燃料は、その分子構造において、１つの分子あたり４〜１３個程度の炭素原子を有しているが、オイルの場合、１つの分子あたり２５個以上の炭素原子を有している。このような分子の構成の違いにより、燃料の分子径は分離膜部１１ｂの細孔の径よりも小さく、オイルの分子径は分離膜部１１ｂの細孔の径よりも大きいため、セラミックフィルタ１１によりオイルに混合している燃料成分を分離することができる。そして、支持体部１１ａの細孔径は分離膜部１１ｂの細孔径と比較して極めて大きいので、分離膜部１１ｂを通過した燃料成分は、分離膜部１１ｂを通過するよりも小さい抵抗で、支持体部１１ａを通過することができる。

（２）分離器の作用
次に、上記構成の分離器１の作用について説明する。
先ず、潤滑用ポンプ３から吐出されたオイルは、加熱手段２０に導入される。そして、オイルの温度を加熱制御手段９０が検知して、エンジンの運転開始時などオイルが十分に昇温されていない時、即ちオイルが８０℃未満である時には加熱手段２０を作動させ、１３０℃の加熱手段２０によりオイルを瞬間的且つ局所的に加熱する。あるいは、エンジン２をある程度の時間運転し、エンジン２の熱によりオイルが十分に昇温された時、即ちオイルが１００℃に達した時には加熱手段２０の作動を止める。これにより、オイルは確実に８０℃以上に加熱されるので、オイル中の燃料成分の一部が気化して圧力を上げる。
加熱手段２０を通過したオイルは高圧を維持したままオイル導入部１２からセラミックフィルタ１１の内側である第１領域１５に導入される。このとき、第１領域１５内の圧力は、潤滑用ポンプ３の吐出圧力に加え、燃料成分の気化による昇圧によっても、第２領域１６内の圧力より昇圧されている。その大きな差圧により、第１領域１５内に導入されたオイルに含まれている燃料成分が、セラミックフィルタ１１を透過し、第２領域１６へ到達し、燃料排出部１４から分離器１の外部に排出される。このとき、燃料成分は分離器本体１０の接線方向から排出されるので、第２領域１６内の燃料は、第２領域１６内を旋回する。また、燃料成分が分離され、燃料による希釈率が減少したオイルは、オイル排出部１３から排出され、エンジン２の各部に圧送される。更に、分離された燃料は、エンジン２の吸気管４に送られ、エンジン２にて燃焼処理される。

（３）実施例の効果
以上より、本実施例１の分離器１では、加熱手段２０によりオイルを瞬間的且つ局所的に加熱して燃料成分を気化させて圧力を高め、そのオイルからセラミックフィルタ１１を用いて燃料成分を分離するようにしたので、従来のように全てのオイルを加熱して燃料成分を気化分離するための大掛かりなヒータ等を設ける必要がなく簡易な構造とすることができ、また、オイルを瞬間的且つ局所的に加熱すれば足りるので、従来のようにオイル全体を昇温させるために過度に加熱する必要が無く、熱によるオイルの劣化を防止することができ、更にはエネルギ消費を抑制することができる。

また、クロスフロー濾過方式を採用しているので、セラミックフィルタ１１の表面にオイル中の金属粉等の固形成分が堆積して目詰まりするのを抑制して、セラミックフィルタ１１の能力低下を抑制することができる。

また、第１領域１５がセラミックフィルタ１１の内側の領域であり、第２領域１６がセラミックフィルタ１１の外側の領域であり、オイル導入部１２及びオイル排出部１３が分離器本体１０の両端面にそれぞれ設けられ、燃料排出部１４が分離器本体１０の側面に設けられているので、オイル導入部１２から円筒状のセラミックフィルタ１１を経てオイル排出部１３に至るオイルの流路を直線的に形成することができ、潤滑回路内のオイルの流通を阻害することなく、オイルの円滑な流通を確保することができる。しかも、加熱手段２０の内径とセラミックフィルタ１１の内径を同じものとしているので、加熱手段２０において加熱されて気化された内周面付近のオイルがそのままセラミックフィルタ１１の分離膜部１１ｂに供給されるようになり、効率よく燃料成分の分離を行うことができる。
また、オイルが８０℃より低温である場合にのみ加熱手段２０を作動させる加熱制御手段９０を備えているので、エンジンの始動時などオイルが十分に昇温されていない時に加熱手段２０を作動させてオイルから燃料成分を分離することができる一方、エンジンをある程度の時間運転し、エンジンの熱によりオイルが十分に昇温された時は加熱手段２０の作動を止めて熱によるオイルの劣化を防止できると共にエネルギ消費を抑制することができる。

（実施例２）
次に、実施例２に係る分離器について説明する。なお、本実施例２に係る分離器において、上記実施例１の分離器１と略同じ構成部位には同符合を付けて詳説を省略する。
本実施例２に係る分離器１は、上述の実施例１と同様に、エンジン２の潤滑回路内のオイルをエンジン２の各部に圧送する潤滑用ポンプ３の吐出側に設けられている。

（１）分離器の構成
本実施例２に係る分離器１では、図５に示すように、内部にオイルを導入するオイル導入部３２と、オイルを排出するオイル排出部３３と、を有する円筒形状の分離器本体１０を備えている。この分離器本体１０の内部に円筒形状のセラミックス製のセラミックフィルタ３１が設けられている。このセラミックフィルタ３１により、分離器本体１０内は、セラミックフィルタ３１の外側の第１領域１５と内側の第２領域１６とに仕切られている。

セラミックフィルタ３１の上流側には加熱手段２０が設けられている。この加熱手段２０は、実施例１のような円筒形状のヒータではなく、電熱線を内蔵した円柱形状のヒータとしている。そして、加熱手段２０がセラミックフィルタ３１の上流側の開口部を閉塞している。セラミックフィルタ３１の下流側には分離器本体１０内の第１領域１５に導入されたオイルからセラミックフィルタ３１を透過して第２領域１６に到達しオイルから分離された燃料成分を排出する排出管３５が連結されている。また、分離器本体１０の側面部１０ｃの一部には貫通孔が形成されていて、排出管３５が外部に連通して燃料排出部３４とされている。燃料排出部３４は、エンジン２の吸気管４に接続されている。尚、図中符号３６はセラミックフィルタ３１の上流側及び下流側を連結する継ぎ手、符号３７は排出管３５を固定するフランジを示す。また、実施例１と同様に、オイルの温度を所定温度と比較して、その結果に応じて加熱手段２０をオンオフ制御する加熱制御手段９０が設けられている。

ここで、上述の実施例１のセラミックフィルタ１１では、分離膜部１１ｂは支持体部１１ａの内側に形成されているが、本実施例２のセラミックフィルタ３１では、図４（Ｂ）に示すように、分離膜部３１ｂは支持体部３１ａの外側に形成されている。これは、上述の実施例１では、燃料成分がセラミックフィルタ１１の内側の第１領域１５から外側の第２領域１６へ透過するのに対し、本実施例２では、燃料成分がセラミックフィルタ３１の外側の第１領域１５から内側の第２領域１６へ透過するためである。

（２）分離器の作用
次に、上記構成の分離器１の作用について説明する。
先ず、潤滑用ポンプ３から吐出されたオイルは、オイル導入部３２から分離器本体１０に導入され、セラミックフィルタ３１の外側である第１領域１５に導入される。そして、オイルの温度を加熱制御手段９０が検知して、オイルが８０℃未満である時には加熱手段２０を作動させ、オイルを瞬間的且つ局所的に加熱する。あるいは、オイルが１００℃に達した時には加熱手段２０の作動を止める。これにより、オイルは確実に８０℃以上に加熱されるので、オイル中の燃料成分の一部が気化して圧力を上げる。また、第１領域１５内の圧力は、燃料成分の気化による昇圧に加えて潤滑用ポンプ３の吐出圧力によっても、第２領域１６内の圧力よりも高くなっている。その大きな差圧により、第１領域１５内に導入されたオイルに含まれている燃料成分が、セラミックフィルタ３１を透過し、第２領域１６へ到達し、燃料排出部３４から分離器１の外部に排出される。また、燃料成分が分離され、燃料による希釈率が減少したオイルは、オイル排出部３３から排出され、エンジン２の各部に圧送される。更に、分離された燃料は、エンジン２の吸気管４に送られ、エンジン２にて燃焼処理される。

（３）実施例の効果
以上より、本実施例２の分離器１では、上記実施例１と同様に、加熱手段２０によりオイルを瞬間的且つ局所的に加熱して燃料成分を気化させて圧力を高め、そのオイルからセラミックフィルタ３１を用いて燃料成分を分離するようにしたので、従来のように全てのオイルを加熱するための大掛かりなヒータ等を設ける必要がなく簡易な構造とすることができ、また、オイルを瞬間的且つ局所的に加熱すれば足りるので、従来のようにオイル全体を昇温するために過度に加熱する必要が無く、熱によるオイルの劣化を防止することができ、更にはエネルギ消費を抑制することができる。

また、本実施例２の分離器１では、上記実施例１と同様に、クロスフロー濾過方式を採用しているので、セラミックフィルタ３１の表面にオイル中の金属粉等の固形成分が堆積して目詰まりするのを抑制して、セラミックフィルタ３１の能力低下を抑制することができる。
また、本実施例２の分離器１では、上記実施例１と同様に、オイルが８０℃より低温である場合にのみ加熱手段２０を作動させる加熱制御手段９０を備えているので、エンジンの運転開始時などオイルが十分に昇温されていない時に加熱手段２０を作動させてオイルから燃料成分を分離することができる一方、エンジンをある程度の時間運転し、エンジンの熱によりオイルが十分に昇温された時は加熱手段２０の作動を止めて熱によるオイルの劣化を防止できると共にエネルギ消費を抑制することができる。

更に、本実施例２の分離器１では、セラミックフィルタ３１の分離膜部３１ｂは、支持体部３１ａの外側に形成されているので、上述の実施例１のように支持体部１１ａの内側に分離膜部１１ｂを形成した場合と比較して、分離膜部３１ｂの表面積、即ち濾過面積を大きく設定することができる（図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）。

また、本実施例２の分離器１では、セラミックフィルタ３１の外側を、オイルが流通する第１領域１５、内側を、分離した燃料が流通する第２領域１６としたので、上述の実施例１と比較して、オイルが流通する第１領域１５の容積を大きく設定することができる。

（実施例３）
次に、実施例３に係る分離器について説明する。なお、本実施例３に係る分離器において、上記実施例１の分離器１と略同じ構成部位には同符合を付けて詳説を省略する。
本実施例３に係る分離器１は、上述の実施例１と同様に、エンジン２の潤滑回路内のオイルをエンジン２の各部に圧送する潤滑用ポンプ３の吐出側に設けられている。

（１）分離器の構成
本実施例３に係る分離器１では、図６及び７に示すように、その両端を分離器本体１０の端面部１０ａに蓋部材２２を介し、端面部１０ｂに段差孔付きのリング部材１９を介して取着されたセラミックス製のセラミックフィルタ８１が設けられている。このセラミックフィルタ８１により、分離器本体１０内は、セラミックフィルタ８１の外側の第１領域１５と内側の第２領域１６とに仕切られている。また、分離器本体１０の外周側の側面部１０ｃには、分離器本体１０内の第１領域１５にオイルを導入するオイル導入部８２と、分離器本体１０内の第１領域１５からオイルを排出するオイル排出部８３が設けられている。このオイル導入部（本発明に係る旋回手段として例示する。）８２は、分離器本体１０の接線方向からオイルを導入するように設けられており、また、オイル排出部８３は、分離器本体１０の接線方向へオイルを排出するように設けられている。更に、分離器本体１０の一端側の端面部１０ｂには、分離器本体１０内の第１領域１５に導入されたオイルからセラミックフィルタ８１を透過して第２領域１６に到達しオイルから分離された燃料成分を排出する燃料排出部８４が設けられている。また、この燃料排出部８４の他端側は、エンジン２の吸気管４に接続されている。

オイル導入部８２の上流側には、実施例１と同様に、オイルを加熱する加熱手段２０がフランジ２１により連結されている。この加熱手段２０の構成は、実施例１と同様としている。更に、実施例１と同様に、オイルの温度を所定温度と比較して、その結果に応じて加熱手段２０をオンオフ制御する加熱制御手段９０が設けられている。

ここで、上述の実施例１のセラミックフィルタ１１では、分離膜部１１ｂは支持体部１１ａの内側に形成されているが、本実施例３のセラミックフィルタ８１では、実施例２のセラミックフィルタ３１と同様に、図４（Ｂ）に示すように、分離膜部８１ｂは支持体部８１ａの外側に形成されている。これは、上述の実施例１では、燃料成分がセラミックフィルタ１１の内側の第１領域１５から外側の第２領域１６へ透過するのに対し、本実施例３では、燃料成分がセラミックフィルタ８１の外側の第１領域１５から内側の第２領域１６へ透過するためである。

（２）分離器の作用
次に、上記構成の分離器１の作用について説明する。
先ず、潤滑用ポンプ３から吐出されたオイルは、加熱手段２０に導入される。そして、オイルの温度を加熱制御手段９０が検知して、オイルが８０℃未満である時には加熱手段２０を作動させ、オイルを瞬間的且つ局所的に加熱する。あるいは、オイルが１００℃に達した時には加熱手段２０の作動を止める。これにより、オイルは確実に８０℃以上に加熱されるので、オイル中の燃料成分の一部が気化して圧力を上げる。

加熱手段２０を通過したオイルは高圧を維持したままオイル導入部８２からセラミックフィルタ８１の外側である第１領域１５に導入される。このとき、オイルはオイル導入部８２から分離器本体１０の接線方向へ導入され、第１領域１５内を旋回しながら螺旋流として流通する（図６及び７の矢印参照）。また、第１領域１５内の圧力は、燃料成分の気化による昇圧に加えて潤滑用ポンプ３の吐出圧力によっても、第２領域１６内の圧力よりも高くなっている。その大きな差圧により、第１領域１５内に導入されたオイルに含まれている燃料成分が、セラミックフィルタ８１を透過し、第２領域１６へ到達し、燃料排出部８４から分離器１の外部に排出される。また、燃料成分が分離され、燃料による希釈率が減少したオイルは、オイル排出部８３から排出され、エンジン２の各部に圧送される。更に、分離された燃料は、エンジン２の吸気管４に送られ、エンジン２にて燃焼処理される。

（３）実施例の効果
以上より、本実施例３の分離器１では、上記実施例１と同様に、加熱手段２０によりオイルを瞬間的且つ局所的に加熱して燃料成分を気化させて圧力を高め、そのオイルからセラミックフィルタ８１を用いて燃料成分を分離するようにしたので、従来のように全てのオイルを加熱するための大掛かりなヒータ等を設ける必要がなく簡易な構造とすることができ、また、オイルを瞬間的且つ局所的に加熱すれば足りるので、従来のようにオイル全体を昇温するために過度に加熱する必要が無く、熱によるオイルの劣化を防止することができ、更にはエネルギの無駄を抑制することができる。

また、本実施例３の分離器１では、上記実施例１と同様に、クロスフロー濾過方式を採用しているので、セラミックフィルタ８１の表面にオイル中の金属粉等の固形成分が堆積して目詰まりするのを抑制して、セラミックフィルタ８１の能力低下を抑制することができる。これに加えて、本実施例３の分離器１では、オイル導入部８２がオイルを分離器本体１０の接線方向に導入して第１領域１５内のオイルを旋回させるようにしたので、その遠心力により、オイルよりも比重の大きい金属粉等の固形成分には、分離器本体１０の遠心方向、即ちセラミックフィルタ８１から離隔する方向への力が作用する。これにより、セラミックフィルタ８１の表面への金属粉等の固形成分の堆積を更に減少させて、セラミックフィルタ８１の能力低下を更に抑制することができる。また、オイルが螺旋流になることにより、加熱手段２０で加熱されたオイルが攪拌されて均一に加熱されるようになり、流通するオイルの全体から効率よく燃料成分を気化させることができる。更に、このオイルの旋回による遠心力により、燃料と比較して比重の大きいオイル（比重約０．８）が分離器本体１０の遠心方向へ、比重の小さい燃料（比重約０．７６）は軸心方向へ、それぞれ引き寄せられるので、オイルからの燃料成分の分離を促進することができる。

また、本実施例３の分離器１では、上記実施例１と同様に、オイルが８０℃より低温である場合にのみ加熱手段２０を作動させる加熱制御手段９０を備えているので、エンジンの始動時などオイルが十分に昇温されていない時に加熱手段２０を作動させてオイルから燃料成分を分離することができる一方、エンジンをある程度の時間運転し、エンジンの熱によりオイルが十分に昇温された時は加熱手段２０の作動を止めて熱によるオイルの劣化を防止できると共にエネルギ消費を抑制することができる。

更に、本実施例３の分離器１では、セラミックフィルタ８１の分離膜部８１ｂは、支持体部８１ａの外側に形成されているので、上述の実施例１のように支持体部１１ａの内側に分離膜部１１ｂを形成した場合と比較して、分離膜部８１ｂの表面積、即ち濾過面積を大きく設定することができる（図４（Ａ）及び（Ｂ）参照）。

また、本実施例３の分離器１では、セラミックフィルタ８１の外側を、オイルが流通する第１領域１５、内側を、分離した燃料が流通する第２領域１６としたので、上述の実施例１と比較して、オイルが流通する第１領域１５の容積を大きく設定することができる。

尚、本発明においては、上記実施例１〜３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１〜３では、加熱制御手段９０は、オイルが８０℃より低温である場合にのみ加熱手段２０を作動させるものとしたが、８０℃には限定されず、他の温度としてもよい。また、上記実施例１〜３では、加熱手段２０による加熱温度を１３０℃としたが、これに限定されず、他の温度としてもよい。
また、上記実施例１〜３では、加熱手段２０は、ヒータ本体２０ａに電熱線２０ｂを内蔵したヒータとしたが、これに限定されず、例えば、ヒータ本体２０ａの内周面あるいは外周面に電熱線２０ｂを設けたヒータとしたり、ヒータ本体２０ａに対して熱源として排ガスや冷却水を用いたものとすることができる。

また、上記実施例３では、旋回手段は、接線方向に設けたオイル導入部８２としたが、これに限定されず、分離器本体１０の内周面あるいは加熱手段２０のオイルに接する面に形成した螺旋状の溝等としたり、または、加熱手段２０のオイルに接する面に設けた螺旋状の電熱線２０ｂとすることができる。
また、上記実施例１〜３では、加熱手段２０とセラミックフィルタ１１、３１、８１とは隔離して配置したが、これに限定されず、例えば、加熱手段２０の下流側端部をセラミックフィルタ１１、３１、８１の上流側の外周部に嵌合したり、あるいは内周部に挿入するように設けてもよい。

また、上記実施例１〜３では、１つの円筒状の各セラミックフィルタ１１、３１、８１をそれぞれ用いる形態を例示したが、これに限定されず、例えば、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、支持体部４１ａ、５１ａと分離膜部４１ｂ、５１ｂをそれぞれ有する筒状の各セラミックフィルタ４１、５１を２以上、それぞれ用いる形態としてもよい。この場合、上述の実施例１〜３の各セラミックフィルタ１１、３１、８１の各分離膜部１１ｂ、３１ｂ、８１ｂの表面積（濾過面積）とそれぞれ比較して、第１領域１５の断面積が同じであれば、各分離膜部４１ｂ、５１ｂの表面積をより大きく設定することができる。

また、上記実施例１では、円筒状のセラミックフィルタ１１を用いる形態を例示したが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、支持体部６１ａの長さ方向に２以上の貫通孔（図中７個の貫通孔）を有する柱状のセラミックフィルタ６１とし、各貫通孔の内面に分離膜部６１ｂを形成する形態としてもよい。これにより、分離膜部の表面積が同じであれば、オイルが流通する第１領域１５の断面積を小さく設定することができ、流通するオイルの流速を大きく設定することにより、分離膜部６１ｂの表面への金属粉等の固形成分の堆積を抑制することができる。また、第１領域１５の断面積が同じであれば、分離膜部６１ｂの表面積を大きく設定することができる。

更に、上記実施例１〜３では、円筒状の各セラミックフィルタ１１、３１、８１により分離器本体１０内を第１領域１５及び第２領域１６に仕切るようにしたが、これに限定されず、例えば、図１０に示すように、支持体部７１ａ及び分離膜部７１ｂを有する平板状のセラミックフィルタ７１により、分離器本体１０内を左右に隣接する第１領域１５及び第２領域１６に仕切るようにしてもよい。

また、上記実施例１〜３では、オイル中の燃料成分を分離する各セラミックフィルタ１１、３１、８１のみを用いる形態を例示したが、これに限定されず、例えば、図１１に示すように、セラミックフィルタ１１を加熱するヒータ１７を更に備えるようにして、オイルからの燃料成分の分離を更に促進させるようにしてもよい。

また、上記実施例３では、円筒状の分離器本体１０を用いたが、これに限定されず、例えば、図１２に示すように、分離器本体１０の外周側の側面部１０ｃに段差部１０ｄを設けた段差円筒状の分離器本体１０とし、この段差を利用して金属粉等の固形成分を分離するようにしてもよい。即ち、燃料及びオイルと比較して比重の大きい金属粉等の固形成分には、第１領域１５を旋回するオイルの遠心力により分離器本体１０の外周方向への力が作用するので、軸心から最遠となる段差部１０ｄに集積される。このようにして、燃料成分だけでなく、金属粉等の固形成分をオイルから分離することもできる。また、集積された、オイルよりも比重の大きい金属粉等の固形成分は、例えば、図１２に示すように、ドレン口１８を設けて適宜排出するようにしてもよい。

更に、上記実施例１〜３では、分離器１を、エンジン２の潤滑回路内の、オイルをエンジン２の各部に圧送する潤滑用ポンプ３の吐出側に設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、潤滑用ポンプ３の吸込側に設けるようにしてもよいし、また、例えば、図１３に示すように、潤滑回路３８とは別の、燃料分離専用の回路３９として設けるようにしてもよい。

内燃機関の潤滑で使用されるオイルに混入した燃料成分を分離する技術として広く利用される。特に、直噴式エンジン等のオイルに燃料成分が混入しやすい方式のエンジンで使用されるオイルから燃料成分を分離する技術として好適に利用される。

本実施例に係る分離器のエンジンを含めた全体回路図である。実施例１に係る分離器の縦断面図である。図２のＩ−Ｉ線断面図である。本実施例に係る分離部材を示す断面図であり、（Ａ）は支持体部の内面に分離膜部が形成されている形態（図２のＩＩ−ＩＩ線断面）、（Ｂ）は支持体部の外面に分離膜部が形成されている形態（図５のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面）をそれぞれ示す。実施例２に係る分離器の縦断面図である。実施例３に係る分離器の縦断面図である。図６のＩＶ−ＩＶ線断面図である。本実施例に係る他の形態の分離部材を説明するための横断面図であり、（Ａ）は支持体部の内面に分離膜部が形成されている形態、（Ｂ）は支持体部の外面に分離膜部が形成されている形態をそれぞれ示す。本実施例に係る他の形態の分離部材を説明するための横断面図である。本実施例に係る他の形態の分離器を説明するための縦断面図である。本実施例に係る他の形態の分離部材を説明するための横断面図である。本実施例に係る他の形態の分離器を説明するための縦断面図である。本実施例に係る分離器のエンジンを含めた他の形態を示す全体回路図である。

符号の説明

１；分離器、１０；分離器本体、１０ａ、１０ｂ；端面部、１０ｃ；側面部、１０ｄ；段差部、１１、３１、４１、５１、６１、７１、８１；セラミックフィルタ、１１ａ、３１ａ、４１ａ、５１ａ、６１ａ、７１ａ、８１ａ；支持体部、１１ｂ、３１ｂ、４１ｂ、５１ｂ、６１ｂ、７１ｂ、８１ｂ；分離膜部、１２、３２、８２；オイル導入部、１３、３３、８３；オイル排出部、１４、３４、８４；燃料排出部、１５；第１領域、１６；第２領域、１７；ヒータ、２０；加熱手段、２；エンジン、３；潤滑用ポンプ、４；吸気管、９０；加熱制御手段。

Claims

燃料により希釈されたオイルから燃料成分をクロスフロー濾過方式にて分離する分離器であって、
筒状の分離器本体と、
前記分離器本体内に設けられ且つ該分離器本体内を第１領域及び第２領域に仕切り更に前記オイルに含まれる燃料成分を透過させて分離する分離部材と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第１領域に前記オイルを導入するオイル導入部と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第１領域から前記オイルを排出するオイル排出部と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第２領域から前記燃料成分を排出する燃料排出部と、
前記オイル導入部に隣接するように前記分離部材の上流側に設けられ、前記オイルが該分離部材に到達する前に該オイルを加熱する加熱手段と、を備えることを特徴とする分離器。
前記分離器本体は、円筒状に形成されており、前記分離部材は、前記分離器本体の軸方向に円筒状に形成されている請求項１記載の分離器。
前記第１領域は、前記分離部材の内側の領域であり、前記第２領域は、前記分離部材の外側の領域であり、前記オイル導入部及び前記オイル排出部は、前記分離器本体の両端面にそれぞれ設けられ、前記燃料排出部は、前記分離器本体の側面に設けられている請求項２記載の分離器。
前記第１領域は、前記分離部材の外側の領域であり、前記第２領域は、前記分離部材の内側の領域であり、前記オイル導入部及び前記オイル排出部は、前記分離器本体の側面にそれぞれ設けられ、前記燃料排出部は、前記分離器本体の端面に設けられている請求項２記載の分離器。
前記第１領域における前記オイルの流れを螺旋流にする旋回手段を備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分離器。
前記オイルが所定温度より低温である場合にのみ前記加熱手段を作動させる加熱制御手段を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の分離器。
前記分離部材は、燃料成分を透過可能な多数の細孔を有するセラミックスからなる分離膜部と、前記分離膜部の細孔の径よりも大きい多数の細孔を有するセラミックスからなる支持体部と、を有するセラミックフィルタであり、前記分離膜部が前記支持体部よりも前記第１領域寄りに位置するように構成されている請求項１乃至６のいずれか１項に記載の分離器。
前記分離部材を加熱するヒータを更に備える請求項７記載の分離器。