JP5226647B2

JP5226647B2 - オイル分離器

Info

Publication number: JP5226647B2
Application number: JP2009265294A
Authority: JP
Inventors: トムシーテンガ; ノムラショウヘイ
Original assignee: トヨタモーターエンジニアリングアンドマニュファクチャリングノースアメリカ，インコーポレイティド
Priority date: 2008-11-24
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: US20100126479A1; US8047186B2; JP2010121627A

Description

本発明は、クランクケース・ガスからオイルを分離するためのオイル分離装置に関する。より詳細には、本発明は、分離されたオイルが排出されるのと同じ方向に、通路を通してクランクケース・ガスが流通されるように、第１のチャンバの下流に細い波状通路を有するオイル分離装置に関する。

内燃機関は、一組の往復ピストンを移動させるために混合気が燃焼される燃焼室と、ピストンによって駆動されるクランクシャフトを収容するクランクケースとを含む。動作中、通常、エンジンで「ブローバイ」が発生し、その際、燃焼されたクランクケース・ガスが、ピストンとシリンダとの隙間を通って、燃焼室からクランクケース内に漏れる。これらのブローバイ・ガスまたはクランクケース・ガスは、水分、酸、および他の望ましくない燃焼プロセス副生成物を含有する。

また、通常、クランクケース・ガスは、微細なオイル・ミストを含む。オイル・ミストは、エンジンからマニホールドに逃げる。次いで、オイル・ミストは、混合気と共に、マニホールドから燃焼室内に戻るように搬送される。これは、オイル消費の増加をもたらす。さらに、オイル・ミストの燃焼は、燃焼室内およびピストン上に残留物の蓄積をもたらし、これは、時間と共にエンジン効率を低下させる。エンジンは、典型的には、エンジンから有害ガスを除去するためのポジティブ・クランクケース・ベンチレーション（ＰＣＶ）システムを含み、かつ有害ガスが大気に放出されるのを防止する。したがって、これらのクランクケース・ガスからオイルを除去するために、ＰＣＶシステムにオイル分離装置を組み込むことが知られている。クランクケース・ガスは、ガスからのオイルの分離を促進するために、オイル分離器の局所高速領域内に流れる。オイルは、排出装置を通して再びオイル溜めに導き入れられ、排出装置は、オイルの排出を重力が補助できるように、一般にオイル分離器の下部に配置される。一般に、オイル溜めは、システム内の余剰なオイルを貯留する。

クランクケース・ガスから大きなオイル粒子を除去するには、局所高速領域内にクランクケース・ガスを導入すれば十分であるが、ミクロンおよびサブミクロン・オイル粒子は依然として残る。小さなオイル粒子を捕捉するために、パンチングおよびインパクタ・プレート（ＰｕｎｃｈｉｎｇａｎｄＩｍｐａｃｔｏｒＰｌａｔｅｓ）（ＰＩＰ）またはサイクロン分離器などのオイル分離装置が使用されることがあるが、これらのオイル分離装置は、サブミクロン・オイル粒子を捕捉するには効率的でない。さらに、これらの装置は、捕捉されたオイルの排出を妨害する大きな圧力降下を生じる。具体的には、装置にわたる大きな圧力降下は、分離されたオイル粒子を排油口に向かって重力が引き込むのを妨害する。したがって、クランクケース・ガスからミクロンおよびサブミクロン・オイル粒子を除去するのに従来のオイル分離器設計よりも効率が良く、それと同時に、重力がオイルを排油口に向けるのを補助する、改良されたオイル分離器を提供することが望まれている。

クランクケース・ガスからミクロンおよびサブミクロン・オイル粒子を分離するためのオイル分離装置が提供される。オイル分離装置は、互いに連通する第１のチャンバと第２のチャンバとを有するハウジングを含む。入口が、エンジンを第１のチャンバと相互接続させて、クランクケース・ガスを第１のチャンバ内に流入できるようにし、出口が、第２のチャンバをエンジン吸気口と相互接続させる。排油口が、第２のチャンバをエンジンと相互接続させて、捕捉されたオイルをエンジンに戻すことができるようにする。さらに、オイル分離装置は、第１のチャンバと第２のチャンバとの間に配設された細い波状通路を含む。細い波状通路は、互いに対向しかつ離隔された、第１の起伏表面を有する第１の内壁と、第１の起伏表面に鏡映する第２の起伏表面を有する第２の内壁とによって画定される。細い波状通路は、第１のチャンバの下流に、かつ排油口の上方に配設されて、入口から出口に向かって通過するクランクケース・ガス中のオイル粒子が第１および第２の内壁に堆積できるようにし、堆積されたオイルを細い波状通路を通して排油口内に重力が引き入れるのを補助する。

本発明は、以下の詳細な説明を参照して、添付図面に関連付けて考察すればより良く把握されるので、本発明の他の利点も容易に理解されよう。

エンジンに取り付けられたオイル分離装置の図である。装置を通るクランクケース・ガスの流れと、オイルの排出とを示す、図１のオイル分離装置の断面図である。図２の斜視図である。細い波状通路単独での図である。

図面（複数の図面を通じて、同様の参照番号は、対応する部分を示す）を参照すると、クランクケース・ガスからオイルを分離するためのオイル分離装置１０が、参照番号１０で全体を示される。ここで図１を参照すると、オイル分離装置１０は、車両のＰＣＶシステムの一部であり、エンジン１２に取り付けられて、エンジン１２からクランクケース・ガスを受け取り、フィルタされたクランクケース・ガスをエンジン吸気口に戻す。オイル分離装置１０は、互いに連通する第１のチャンバ１４と第２のチャンバ１６とを有するハウジングと、入口１８と、出口２０と、排油口２２とを含む。入口１８は、エンジン１２を第１のチャンバ１４と相互接続させて、クランクケース・ガスを第１のチャンバ１４内に流入できるようにする。クランクケース・ガスは、マニホールド内に生成される真空を使用して、または排気ガスを逃がすことによって流入されることがあり、あるいはモータなどを使用して手動で流入されることもある。出口２０は、第２のチャンバ１６をエンジン１２の吸気口と相互接続させて、クランクケース・ガスが逃げられるようにする。排油口２２は、第２のチャンバ１６をオイル溜めと相互接続させて、捕捉されたオイルを収集し、後でエンジン１２に戻せるようにする。

さらに、オイル分離装置１０は、第１のチャンバ１４と第２のチャンバ１６との間に配設された細い波状通路２４を含む。細い波状通路２４は、互いに対向しかつ予め定められた距離だけ離隔された、第１の起伏表面２８を有する第１の内壁２６と、第１の起伏表面２８に鏡映する第２の起伏表面３２を有する第２の内壁３０とによって画定される。細い波状通路２４は、第１のチャンバ１４の下流に、かつ排油口２２の上方に配設され、それにより、クランクケース・ガスが入口１８から出口２０に流れるときに、クランクケース・ガス中に存在するオイルが第１および第２の内壁２６、３０に堆積できるようにする。さらに、細い波状通路２４は、第１および第２の内壁２６、３０に堆積されたオイルを細い波状通路２４を通して排油口２２内に引き入れるのを重力が補助するように配設される。

次に図２〜４を参照すると、オイル分離装置１０は、第２のチャンバ１６内に配設された３つの細い波状通路２４を有して図示される。しかし、細い波状通路２４の数は、本発明の範囲および趣旨には重要でなく、必要な細い波状通路２４は１つだけであると考えられる。

上述したように、細い波状通路２４は、オイルが排油口２２に向かって排出するのと同じ方向に、細い波状通路２４を通してクランクケース・ガスが流通されるように配設される。起伏表面２８、３２は、一対の対向するブロック３４に配設され、所望の体積のクランクケース・ガスがそれらの間を通って流通されるように互いに離隔される。例えば、起伏表面２８、３２は、１ｍｍ〜２０ｍｍの間の振幅と、０．５波／長さ〜２０波／長さの間の周波数と、１０ｍｍ〜１００ｍｍの間の長さとを有することがあり、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの間の距離だけ互いに離隔される。エンジン１２の圧力が１気圧〜１気圧±２０ｋＰａの間で変動するエンジン１２では、細い波状通路２４は、任意の所与の瞬間に、最大圧力で、最大１５０Ｌ／分（体積流量）のクランクケース・ガスを通路を通して流通させることができるように構成される。上述した詳細は例示的なものにすぎず、本発明の範囲および趣旨を限定するものではない。

引き続き図３および４を参照すると、第１のチャンバ１４は、さらに、第１の迷路３８を画定するように第１のチャンバ１４を部分的に取り囲む一連のチャンバ壁３６を含むことがある。チャンバ壁３６は、バッフル４０の構成と協働して、予め定められたサイズの分離したオイル粒子が細い波状通路２４内に入るのを防止することができる。好ましくは、第１のチャンバ１４は、５ミクロンよりも大きいオイル粒子をクランクケース・ガスから分離する。バッフル４０は、クランクケース・ガスがたどる迷路を画定するように構成される。クランクケース・ガスは、第１のチャンバ１４を通して流通されるとき、バッフル４０と接触し、それにより、オイルの粒子が分離して、入口１８を通ってエンジン１２内に排出されて戻る。次いで、クランクケース・ガスは、さらに細い波状通路２４内に流入される。

クランクケース・ガスは、細い波状通路２４を通されるとき、オイルの排出と同じ方向に流れる。クランクケース・ガスが起伏表面２８、３２と接触するとき、細い波状通路２４の起伏表面２８、３２に液体オイル被膜が生成される。最終的には、起伏表面２８、３２がオイルで被覆され、クランクケース・ガスが起伏表面２８、３２の間を引き続き流れるときに、ミクロンおよびサブミクロン・オイル粒子がオイル被膜によって吸収される。さらに、オイルの排出は妨げられない。むしろ、図２で矢印によって示されるように、オイルの排出と同じ方向にクランクケース・ガスが流れることによって、収集されるオイルの排出を重力が補助する。

さらに、オイル分離装置１０は、細い波状通路２４と連通する第３のチャンバ４２を含むことがある。第３のチャンバ４２は、オイルの飛沫同伴をさらに回避するために、クランクケース・ガスの流れを静穏にする大きな体積の空間を画定する。具体的には、捕捉されたオイルが、出口２０に進むクランクケース・ガスによって捕捉されずに、妨げなく排油口２２内に排出することができるように、チャンバは十分に大きい。例えば、１５０Ｌ／分のクランクケース・ガスが通過することができるように細い波状通路２４が構成される場合、第３のチャンバ４２は、１〜１．５×１０⁵ｍｍ³（体積）となるように構成すべきである。さらに、オイル分離装置１０は、第２の迷路を画定するように第２のチャンバ１６を部分的に取り囲む少なくとも１つの隔壁４４を含むことがあり、飛沫同伴されているオイル粒子をクランクケース・ガスからさらに分離する。

再び図２を参照すると、オイル分離装置１０の動作状況が提示されている。クランクケース・ガスは、矢印によって示されるように、エンジン１２から第１のチャンバ１４内に流入される。クランクケース・ガスは、ミクロン・オイル粒子もサブミクロン・オイル粒子も含有する。図示されるように、第１のチャンバ１４内に配設されたバッフル４０とチャンバ壁３６とによって画定される第１の迷路３８を通してクランクケース・ガスが流通されるとき、初めに、ミクロン範囲よりも大きいオイル粒子が分離される。次いで、クランクケース・ガス中のミクロンおよびサブミクロン・オイル粒子が、細い波状通路２４内に流入される。

細い波状通路２４は、重力と同じ方向に沿ってクランクケース・ガスを流通させるように構成される。クランクケース・ガスが通されるとき、クランクケース・ガス中のオイルが起伏表面２８、３２に堆積し始める。最終的には、起伏表面２８、３２にオイル被膜が生成される。このオイル被膜は、ミクロンおよびサブミクロン・オイル粒子を引き付けて吸収するので、細い波状通路２４のオイル分離能力をさらに高める。重力が、起伏表面２８、３２に堆積したオイルを排油口２２に引き入れる。したがって、クランクケース・ガスの流れは、重力がオイルを排油口に向けるのを補助し、オイルは、細い波状通路２４を出ると、排油口に向かって滴下する。滴下したオイルは、細い波状通路２４の下流に配置された第３のチャンバ４２内に入る。第３のチャンバ４２は、クランクケース・ガスの流れを静穏にし、オイルの飛沫同伴を回避するのに十分な大きさである。次いで、フィルタされたクランクケース・ガスは、引き続き第２のチャンバ１６を通り、隔壁４４をたどり、出口２０を通って出る。

明らかに、上述の教示を考慮して、本発明の多くの修正形態および変形形態が可能であり、具体的に説明したのとは異なるが添付の特許請求の範囲内にある様式でそれらを実施することができる。

１０オイル分離装置
１２エンジン
１４第１のチャンバ
１６第２のチャンバ
１８入口
２０出口
２２排油口
２４細い波状通路
２６第１の内壁
２８第１の起伏表面
３０第２の内壁
３２第２の起伏表面
３４ブロック
３６チャンバ壁
３８第１の迷路
４０バッフル
４２第３のチャンバ
４４隔壁

Claims

クランクケース・ガスからオイルを分離するためのオイル分離装置であって、
互いに連通する第１のチャンバと第２のチャンバとを有するハウジングと、
クランクケース・ガスを前記第１のチャンバ内に流入できるようにするために、エンジンを前記第１のチャンバと相互接続させる入口と、
前記第２のチャンバをエンジン吸気口と相互接続させる出口と、
前記第２のチャンバをオイル溜めと相互接続させる排油口と、
前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間に配設された細い波状通路とを備え、
前記細い波状通路が、互いに対向する、第１の起伏表面を有する第１の内壁と、前記第１の起伏表面に鏡映する第２の起伏表面を有する第２の内壁とによって画定され、前記第１の起伏表面が、前記第２の起伏表面から予め定められた距離だけ離隔され、前記細い波状通路が、前記第１のチャンバの下流に、かつ前記排油口の上方に配設されて、前記入口から前記出口に向かって通過するクランクケース・ガス中に存在するオイルが前記第１および第２の内壁に堆積できるようにし、
前記細い波状通路は、重力が前記堆積されたオイルを前記細い波状通路を通して前記排油口内に引き入れるのを補助するように、前記排油口の上方から該排油口に向かって延在する、オイル分離装置。
前記第１のチャンバが、少なくとも１つのバッフルをさらに含み、予め定められたサイズの分離したオイル粒子が前記細い波状通路内に入るのを防止する請求項１に記載のオイル分離装置。
第１の迷路を画定するように前記第１のチャンバを部分的に取り囲む少なくとも１つのチャンバ壁をさらに含み、予め定められたサイズの分離したオイル粒子が前記細い波状通路内に入るのを防止する請求項１に記載のオイル分離装置。
第２の迷路を画定するように前記第２のチャンバを部分的に取り囲む少なくとも１つの隔壁をさらに含み、クランクケース・ガスからオイル粒子をさらに分離する請求項１に記載のオイル分離装置。
前記細い波状通路と連通する第３のチャンバをさらに備え、前記第３のチャンバが、前記細い波状通路の下流にあり、オイルの飛沫同伴を回避するためにクランクケース・ガスの流れを静穏にする請求項１に記載のオイル分離装置。
クランクケース・ガスからオイルを分離するためのオイル分離装置であって、互いに連通する第１のチャンバと第２のチャンバとを有するハウジングと、クランクケース・ガスを前記第１のチャンバ内に流入できるようにするために、エンジンを前記第１のチャンバと相互接続させる入口と、前記第２のチャンバをエンジン吸気口と相互接続させる出口と、前記第２のチャンバをオイル溜めと相互接続させる排油口とを備え、前記オイル分離装置が、
前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間に配設された細い波状通路を備え、前記細い波状通路が、互いに対向する、第１の起伏表面を有する第１の内壁と、前記第１の起伏表面に鏡映する第２の起伏表面を有する第２の内壁とによって画定され、前記第１の起伏表面が、前記第２の起伏表面から予め定められた距離だけ離隔され、前記細い波状通路が、前記第１のチャンバの下流に、かつ前記排油口の上方に配設されて、前記入口から前記出口に向かって通過するクランクケース・ガス中に存在するオイルが前記第１および第２の内壁に堆積できるようにし、
前記細い波状通路は、重力が前記堆積されたオイルを前記細い波状通路を通して前記排油口内に引き入れるのを補助するように、前記排油口の上方から該排油口に向かって延在する、オイル分離装置。