JP5131486B2 - ブローバイガスの気油分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機及びインタークーラを備えた内燃機関のブローバイガスの気油分離装置に係り、詳しくはブローバイガスをより確実に気油分離する技術に関する。

従来、ブローバイガス還元システムでは、エンジンの燃焼室よりクランクケース内に漏出したブローバイガスを吸気負圧の力によりオイルパン、シリンダブロック、シリンダヘッドのブローバイガス通路を経てロッカーカバー内に導入する。ロッカーカバー内に導入されたブローバイガスは、ここでブローバイガス中に含まれるミスト状のエンジンオイルとブローバイガスにある程度気油分離される。分離されたエンジンオイルはオイルパン内に戻されるが、この際、ここで分離することのできなかったエンジンオイルはブローバイガスと共にインテークマニホールドに導入され、燃焼室内に吸入されるため、オイル消費量が増加しエンジンの動力性能及び排出ガス性能を悪化させることになる。

この様なことから、例えば、ロッカーカバー内に入ったブローバイガスに含まれたミスト状のエンジンオイルを液状にし、分離する為にインタークーラを通過した低温の空気の一部をロッカーカバー（ヘッドカバー）内へ導入し、冷却するブローバイガスの冷却装置が開発されている（特許文献１）。

特許第３１５６４１４号

上記特許文献１のブローバイガスの冷却装置では、インタークーラを通過して冷却された空気の一部をブローバイガス冷却用ホースを通して、ロッカーカバー内に導入し、これによりロッカーカバー内の温度を下げ、ロッカーカバー内のブローバイガスに含まれているオイルミスト（霧状のエンジンオイル）を液状にしてオイル戻し通路よりクランクケース内に落下させオイルパン内にエンジンオイルを戻し、オイル落し性能を促進させている。

ところで、過給機付エンジンでは、高回転高負荷での運転領域においては、ブローバイガスの温度が更に上昇し高温となり、ブローバイガスに含まれるオイルミストも高温となる。
このようなことから、上記特許文献１の構成では、インタークーラを通過して冷却された空気であっても、依然として空気の温度は高く、オイルミスト温度も高いことが考えられ、オイルミストを十分に液状にすることができないといった問題がある。

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高温のブローバイガスに含まれるオイルミストを確実に液状にして気油分離でき、オイル消費の節減とエンジンの動力性能及び排出ガス性能の悪化を低減することの可能なブローバイガスの気油分離装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１のブローバイガスの気油分離装置は、過給機及びインタークーラを備えた内燃機関の燃焼室から漏出したブローバイガスを吸気系統に戻すブローバイガス還元システムの気油分離装置において、前記ブローバイガス還元システムの一部をなし、ブローバイガスが導入されるガス導入部を有する気油分離室と、前記気油分離室に設けられ、前記過給機及び前記インタークーラを介して前記内燃機関に供給される吸気の一部が導入される吸気導入部と、前記気油分離室内に設けられ、前記ガス導入部から導入されるブローバイガスと前記吸気導入部から導入される吸気の一部とを混合した混合気を下流に向け噴出する混合噴出部と、前記気油分離室内で前記混合噴出部の下流に設けられ、該混合噴出部から噴出された混合気が吹き付けられる吹き付け部とを備えることを特徴とする。

また、請求項２のブローバイガスの気油分離装置では、請求項１の発明において、前記吹き付け部は、プレート状部材であって、前記噴出される混合気が衝突する衝突面と、該混合気の一部を下流に通す空気通路部とを有することを特徴とする。
また、請求項３のブローバイガスの気油分離装置では、請求項２の発明において、前記プレート状部材には、前記空気通路部として空気通路穴が複数開けられていることを特徴とする。

また、請求項４のブローバイガスの気油分離装置では、請求項２の発明において、前記プレート状部材は、複数枚からなり、隣り合うプレート状部材の前記空気通路部が前記混合気の流れ方向で視て重なり合わない位置に設けられていることを特徴とする。
また、請求項５のブローバイガスの気油分離装置では、請求項３の発明において、前記プレート状部材は、複数枚からなり、隣り合うプレート状部材の前記空気通路部及び前記複数の空気通路穴がそれぞれ前記混合気の流れ方向で視て重なり合わない位置に設けられていることを特徴とする。

また、請求項６のブローバイガスの気油分離装置では、請求項１乃至５のいずれかの発明において、前記吸気導入部に流路面積を可変させるべく設けられた吸気導入部開閉部と、該吸気導入部開閉部を内燃機関の運転状態に応じて開閉させる開閉手段とをさらに備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、インタークーラで冷却した吸気の一部が例えばロッカーカバー内の気油分離室で高温のブローバイガスと混合して冷却された混合気を形成し、当該混合気が気油分離室に設けられている吹き付け部に噴出される。これにより、ブローバイガスは冷却空気によって冷やされた混合気を形成し、ブローバイガスに含まれるミスト状のエンジンオイルを良好に液状にすることができる。

そして、このように液状にされたエンジンオイルを含んだ混合気は、吹き付け部に吹き付けられることで吹き付け部に衝突し、液状のエンジンオイルだけが吹き付け部に止められてブローバイガスから除去される。これにより、ブローバイガスにおいて液状にされたエンジンオイルを確実に気油分離することができる。

従って、ブローバイガスと一緒に吸気系へ導入されるエンジンオイルが減少するのでエンジンオイルの消費量を節減することができ、ブローバイガスに含まれるオイルミストによるエンジンの動力性能及び排出ガス性能の悪化を低減することができる。また、吸気系内のオイル汚損の低減ができ、吸気系のデポジットの生成を抑制することができる。

請求項２の発明によれば、吹き付け部は、プレート状部材であって、噴出される混合気が衝突する衝突面と空気が通過する空気通路部を有しているので、液状にされたエンジンオイルを含んだ混合気が吹き付け部に衝突しながら空気通路部を通過することで、ブローバイガスの流通を悪化させないようにしつつ液状にされたエンジンオイルを良好に気油分離することができる。

請求項３の発明によれば、プレート状部材には混合気が通過する複数の空気通路穴が開けられているので、液状にされたエンジンオイルを含んだ混合気がプレート状部材に衝突しながら複数の空気通路穴を通過することで、ブローバイガスの流通を更に悪化させないようにしつつ液状にされたエンジンオイルを良好に気油分離することができる。

請求項４の発明によれば、プレート状部材は複数枚からなり、隣り合うプレート状部材の空気通路部が混合気の流れ方向で視て重なり合わないよう配設されているので、液化されたエンジンオイルを含んだ混合気が複数回プレート状部材に衝突することにより、更に確実に液状にされたエンジンオイルを気油分離することができる。

請求項５の発明によれば、プレート状部材は複数枚からなり、隣り合うプレート状部材の空気通路部と空気通路穴とが混合気の流れ方向で視て重なり合わないよう配設されているので、ブローバイガスの流通を悪化させないようにしつつ液状にされたエンジンオイルをより確実に気油分離することができる。

請求項６の発明によれば、吸気導入部開閉部を内燃機関の運転状態に応じて開閉手段で開閉させるので、内燃機関の運転状況に応じ、必要に応じてブローバイガスの冷却を行うようにできる。例えば、ブローバイガスの温度が高温となる高回転高負荷での運転領域においてのみブローバイガスの冷却を行うようにできる。

本発明の第１実施例に係るエンジンの配管系統を示した構成図である。 図１のＡ部の拡大図でありブローバイガスの気油分離装置の概略構造図である。 図２のＢ−Ｂ線における断面である。 本発明の第２実施例に係るバッフルプレートの斜視図である。 本発明の第３実施例に係るバッフルプレートの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
［第１実施例］
図１は、本発明の第１実施例に係るエンジンの配管系統を示した構成図であり、図２は、図１Ａ部の拡大図でありブローバイガスの気油分離装置の概略構造図であり、図３は、図２のＢ−Ｂ線における断面図である。

また、図２の白抜き矢印は冷却空気の流れを、黒塗り矢印はブローバイガスの流れを、矢印内部が斜線の矢印は混合気の流れをそれぞれ示す。
以下、本発明の第１実施例のブローバイガスの気油分離装置の構成を説明する。

図１に示すように、本実施例においてブローバイガスの気油分離装置はブローバイガス冷却分離装置２を備え、ブローバイガス冷却分離装置２は、エアフィルター１１、吸気ダクト１２、ターボチャージャ（過給機）１３、インタークーラ１４、スロットルバルブ１６、インテークマニホールド１７、エキゾーストマニホールド４１及び排気管４２で配管系統が構成されるガソリンエンジン（内燃機関、以下エンジンという）１のロッカーカバー２０内に設けられている。

図２に示すように、ブローバイガス冷却分離装置２は、大きくブローバイガス混合冷却装置とバッフルプレート（吹き付け部、プレート状部材）２３とから構成され、詳しくはケーシング（気油分離室）２４とノズル（吸気導入部）２１とディフューザ（混合噴出部）２２と複数のバッフルプレート２３から構成されている。
ケーシング２４は、一端を閉塞し断面円形のパイプ状をなし、閉塞した一端の壁２４ｃに冷却空気用パイプ（吸気導入部）３２が接続され、壁２４ｃ側のパイプ下部の壁面にブローバイガス導入口（ガス導入部）２４ｂが形成されている。

ノズル２１は、一端の内径が絞られノズル形状を形成した管状をなしており、冷却空気用パイプ３２に接続されてケーシング２４内に突出している。
ディフューザ２２は、中央部から両端部にかけ内径が徐々に大きくなるように形成されている。また、ディフューザ２２は、ケーシング２４内のノズル２１の下流に位置し、ノズル２１の中心とディフューザ２２の内径の中心が同軸となるように設けられている。

複数のバッフルプレート２３は、図３に示すように平面視略Ｄ字状で直線部からなる端部２３ａを有し、ケーシング２４を塞ぐようにケーシング２４の内径と同等の外径を有する平板で形成されている。複数のバッフルプレート２３は、ケーシング２４内のディフューザ２２の下流に位置し、隣り合うバッフルプレート２３において平面視略Ｄ字状の直線部からなる端部２３ａとケーシング２４の内壁２４ａとの間に形成される空気通路部２５の向きが重なり合わず互い違いになるように設けられている。

ブローバイガス冷却分離装置２への冷却空気の導入は、インタークーラ１４下流のインタークーラパイプ１５より分岐し、上記冷却空気用パイプ３２及び電子コントロールユニット（開閉手段、以下ＥＣＵという）５２により制御されるバルブ（吸気導入部開閉部）３１を介して行われる。

ＥＣＵ５２は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される。
ここでは、ＥＣＵ５２は、図示しないクランク角センサ等からの信号によりエンジン１の運転状況を把握し、状況に応じてバルブ３１の開閉を制御するよう構成されている。

以下、このように構成された本発明の第１実施例に係るブローバイガスの気油分離装置の作用及び効果について説明する。
上述したように、ロッカーカバー２０内にブローバイガス冷却分離装置２が設けられ、インタークーラ１４下流のインタークーラパイプ１５より分岐され、バルブ３１を介して冷却空気用パイプ３２が接続されている。

エンジン１が高回転高負荷域での運転時には、ＥＣＵ５２からの信号によりバルブ３１が開弁され、インタークーラ１４で冷却された冷却空気がノズル２１に導入される。
ノズル２１に導入された冷却空気は、ノズル２１からディフーザ２２へ向けて噴出され膨張しながら更に冷却（断熱膨張）される。

ディフューザ２２の前半部分では、ノズル２１から噴出され更に冷却された冷却空気の流れに沿って、ケーシング２４のブローバイガス導入口２４ｂより導入されたブローバイガスに流れが生じ、ブローバイガスと冷却空気とが混合（吸引混合）され混合気が形成される。この際、ブローバイガスに含まれるミスト化したエンジンオイルは、冷却空気により冷却され液状にされる。

ディフューザ２２の後半部分では、混合気は、減速されバッフルプレート２３に向け噴出される。
バッフルプレート２３では、ディフューザ２２より噴出された混合気が、バッフルプレートに衝突し混合気中の液状にされたエンジンオイルがブローバイガスから分離される。

エンジンオイルの分離されたブローバイガスは、空気通路部２５を通りロッカーカバー２０内に排出されブローバイホース３３を経由し吸気ダクト１２へ戻される。
このように、ブローバイガス冷却分離装置２では、ブローバイガスが冷却されミスト状のエンジンオイルが液状にされ、更にブローバイガスをバッフルプレート２３に吹き付けることにより液状にされたエンジンオイルのブローバイガスからの分離が促進され、エンジンオイルをブローバイガスから確実に気油分離することができる。

これにより、本発明の第１実施例に係るブローバイガスの気油分離装置によれば、
（１）オイル消費量を節減することができる。
（２）エンジンの動力性能及び排出ガス性能の悪化を低減することができる。
（３）吸気系内のオイル汚損の低減ができ、更には吸気系のデポジットの生成を抑制することができる。

［第２実施例］
次に、第２実施例について説明する。
図４は、本発明の第２実施例に係るバッフルプレートの斜視図である。
また、図４の矢印内部が斜線の矢印は混合気の流れをそれぞれ示す。
図４に示すように第２実施例では、上記第１実施例に対して、バッフルプレート１２３及びケーシング１２４を変更しており、以下に上記第１実施例と異なる点に付いて説明する。

ケーシング１２４は、一端が閉塞した断面長方形のパイプ状をなし、第１実施例と同様に閉塞した一端の壁側のパイプ下部の壁面にブローバイガス導入口が形成されている。
バッフルプレート１２３は、四角形状の平板であり、複数の横長楕円状の空気通路穴１２３ｃが開けられている。また、複数のバッフルプレート１２３は、ケーシング１２４内のディフューザ２２の下流にバッフルプレート１２３の複数の空気通路穴１２３ｃが重なり合わないよう互い違いに、且つ、四角形状の端部１２３ａとケーシング１２４の内壁１２４ａからなる空気通路部１２５が重なり合わないよう互い違いに設けられている

以下、このように構成された本発明の第２実施例に係るブローバイガスの気油分離装置の作用及び効果について説明する。
バッフルプレート１２３では、ディフューザ２２より噴出された混合気が、バッフルプレート１２３に衝突し、混合気中の液状にされたエンジンオイルがブローバイガスから分離される。

エンジンオイルの分離されたブローバイガスは、空気通路部１２５及び空気通路穴１２３ｃを通りロッカーカバー２０内に排出されブローバイホース３３を経由し吸気ダクト１２へ戻される。
このように、ブローバイガス冷却分離装置１０２では、ブローバイガスが冷却されミスト化したエンジンオイルが液化し、更にブローバイガスをバッフルプレート１２３に吹き付けることにより液化したエンジンオイルのブローバイガスからの分離が促進され、エンジンオイルをブローバイガスからより確実に気油分離することができる。

これにより、本発明の第２実施例に係るブローバイガスの気油分離装置によれば、複数の空気通路穴１２３ｃによりブローバイガスの流通を悪化させないようにしつつ、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

［第３実施例］
次に、第３実施例について説明する。
図５は、本発明の第３実施例に係るバッフルプレートの斜視図である。
また、図５の矢印内部が斜線の矢印は混合気の流れをそれぞれ示す。
図５に示すように第３実施例では、上記第１実施例に対して、バッフルプレート２２３の形状及び取り付け方法を変更しており、以下に上記第１実施例と異なる点に付いて説明する。

バッフルプレート２２３は、ケーシング２２４の内径より小さい円盤状の平板であり、複数の円形の空気通路穴２２３ｃが開けられている。
複数のバッフルプレート２２３は、ケーシング２２４内のディフューザ２２の下流にバッフルプレート２２３の複数の空気通路穴２２３ｃが重なり合わず互い違いに、且つ、複数のバッフルプレート２２３が上下に互い違いとなるように平板状のブリッジ２２６を介して固定されている。

以下、このように構成された本発明の第３実施例に係るブローバイガスの気油分離装置の作用及び効果について説明する。
バッフルプレート２２３では、ディフューザ２２より噴出された混合気が、バッフルプレート２２３に衝突し混合気中の液状にされたエンジンオイルがブローバイガスから分離される。

エンジンオイルの分離されたブローバイガスは、空気通路部２２５及び空気通路穴２２３ａを通りロッカーカバー２０内に排出されブローバイホース３３を経由し吸気ダクト１２へ戻される。
このように、ブローバイガス冷却分離装置２０２では、ブローバイガスが冷却されミスト状のエンジンオイルが液状にされ、更にブローバイガスをバッフルプレート２２３に吹き付けることにより液状にされたエンジンオイルのブローバイガスからの分離が促進され、エンジンオイルをブローバイガスからより確実に気油分離することができる。

これにより、本発明の第３実施例に係るブローバイガスの気油分離装置によれば、複数の空気通路穴２２３ｃによりブローバイガスの流通を悪化させないようにしつつ、第１実施例及び第２実施例と同様の効果を得ることができる。
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は実施形態に限定されるものではない。

例えば、ケーシング２４、１２４、２２４は、第１実施例及び第３実施例では断面円形とし、第２実施例では断面長方形のパイプ状としているが、断面形状はこれらに限定されるものではない。
また、第２実施例及び第３実施例のバッフルプレート１２３、２２３に穿設される複数の空気通路穴１２３ｃ、２２３ｃを横長楕円状または円状としているが、これに限定されるものではなく多角形状であっても良い。

また、本実施形態は、エンジンをガソリンエンジンとしているが、これに限定するものではなくディーゼルエンジンであっても良い。

１ ガソリンエンジン（内燃機関）
２，１０２，２０２ ブローバイガス冷却分離装置
１２ 吸気ダクト
１３ ターボチャージャ（過給機）
１４ インタークーラ
１５ インタークーラパイプ
２０ ロッカーカバー
２１ ノズル（吸気導入部）
２２ ディフューザ（混合噴出部）
２３，１２３，２２３ バッフルプレート（吹き付け部、プレート状部材）
２３ａ，１２３ａ 端部
１２３ｃ，２２３ｃ 空気通路穴
２４，１２４，２２４ ケーシング（気油分離室）
２４ａ，１２４ａ，２２４ａ 内壁
２４ｂ，１２４ｂ ブローバイガス導入口（ガス導入部）
２５，１２５，２２５ 空気通路部
２２６ ブリッジ
３１ バルブ（吸気導入部開閉部）
３２ 冷却空気用パイプ（吸気導入部）
３３ ブローバイホース
５２ 電子コントロールユニット（開閉手段）

Claims (6)

1. 過給機及びインタークーラを備えた内燃機関の燃焼室から漏出したブローバイガスを吸気系統に戻すブローバイガス還元システムの気油分離装置において、
   前記ブローバイガス還元システムの一部をなし、ブローバイガスが導入されるガス導入部を有する気油分離室と、
   前記気油分離室に設けられ、前記過給機及び前記インタークーラを介して前記内燃機関に供給される吸気の一部が導入される吸気導入部と、
   前記気油分離室内に設けられ、前記ガス導入部から導入されるブローバイガスと前記吸気導入部から導入される吸気の一部とを混合した混合気を下流に向け噴出する混合噴出部と、
   前記気油分離室内で前記混合噴出部の下流に設けられ、該混合噴出部から噴出された混合気が吹き付けられる吹き付け部とを備えることを特徴とするブローバイガスの気油分離装置。
2. 前記吹き付け部は、プレート状部材であって、前記噴出される混合気が衝突する衝突面と、該混合気の一部を下流に通す空気通路部とを有することを特徴とする、請求項１に記載のブローバイガスの気油分離装置。
3. 前記プレート状部材には、前記空気通路部として空気通路穴が複数開けられていることを特徴とする、請求項２に記載のブローバイガスの気油分離装置。
4. 前記プレート状部材は、複数枚からなり、隣り合うプレート状部材の前記空気通路部が前記混合気の流れ方向で視て重なり合わない位置に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のブローバイガスの気油分離装置。
5. 前記プレート状部材は、複数枚からなり、隣り合うプレート状部材の前記空気通路部及び前記複数の空気通路穴がそれぞれ前記混合気の流れ方向で視て重なり合わない位置に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のブローバイガスの気油分離装置。
6. 前記吸気導入部に流路面積を可変させるべく設けられた吸気導入部開閉部と、
   該吸気導入部開閉部を内燃機関の運転状態に応じて開閉させる開閉手段と
   をさらに備えたことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のブローバイガスの気油分離装置。

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