JP5676529B2 - オイルセパレータ - Google Patents

Description

本発明は、ブローバイガスからオイルミストを分離するオイルセパレータに関する。

エンジンは、稼動時に燃焼室に導入された混合ガスの一部の未燃焼混合ガスがピストンとシリンダの間隙からクランクケースに漏出する。このように漏出したガスはブローバイガスと称され、そのまま排気ガスとして大気中に排出することは法律で禁止されている。そのためブローバイガスはＰＣＶ（ Positive Crankcase Ventilation ）通路を介して再度吸気ポート側に還流され、新しい混合ガスと共に燃焼室に導入して燃焼室で燃焼させている。

ブローバイガス中には、エンジンオイル等の潤滑油がオイルミストとなって存在しており、オイルミストを含んだブローバイガスを吸気ポートに環流させると、ＰＣＶ通路や吸気ポート周辺にオイルが付着するので好ましくない。そこで、ブローバイガス中のオイルミストを捕集する手段として、シリンダヘッドカバーの内側やＰＣＶ通路の途中にオイルセパレータが設けられている。

特許文献１には、複数のサイクロンを用いたオイルセパレータが開示されている。当該オイルセパレータは、ガス導入口から流入したブローバイガスを、整流室を経由して一列に並んだ複数のサイクロンに導入する。サイクロンの内部で生じる旋回流による遠心力によって、ブローバイガス中のオイルミストが凝集して捕集する。

特開２００９−２２１８５７号公報

ブローバイガスには様々な粒径のオイルミストが含まれる。特許文献１に開示されたオイルセパレータでは、ブローバイガス導入口が端部にあり、ガス導入口から一列に並んだ各サイクロンまでの距離は異なる。また、粒径の大きいオイルミストはガス導入口付近に多く存在し、ガス導入口から遠ざかるにつれて、存在するオイルミストの粒径は小さくなる。これは粒径の大きいオイルミストは質量が大きいためである。そのため、ガス導入口に近いサイクロンでは粒径の大きいオイルミストが多く捕集され、ガス導入口から遠くなると、サイクロンに捕集されるオイルミストの粒径は小さくなる。このように、各サイクロンによって捕集されるオイルミストの粒径が異なるため、各サイクロンの捕集効率に差が出てしまい、効率よくオイルミストを捕集することができないという問題があった。

また、特許文献１に開示されたオイルセパレータでは、ブローバイガス排出口がガス導入口とは反対側の端部にあるので、オイルミストを分離した後のブローバイガスを各サイクロンから吸い出して排出するときの排出効率に偏りが生じてしまう。これは、ブローバイガスの排出が負圧によるものなので、ガス排出口からの距離が遠くにあるサイクロンほどブローバイガスを排出する力が低下するためである。そのため、オイルセパレータ全体として排出効率が悪くなるという問題があった。

本発明の目的は、粒径の大小に関わらずブローバイガス中のオイルミストを効率的に回収するオイルセパレータを合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、ブローバイガスが供給される供給経路を備え、ブローバイガスが供給される円筒ケース部を有した複数のサイクロン型のオイル分離ユニットがガス供給方向に沿って配置されると共に、
前記オイル分離ユニットの円筒ケース部の内径が、前記ガス供給方向の上流側に配置されるものほど大径に設定され、
前記供給経路がブローバイガスを流通可能な供給空間で構成され、複数の前記オイル分離ユニットの円筒ケース部の軸芯が互いに平行姿勢で、各々の軸芯がガス供給方向と直交する姿勢に設定され、
ガス供給方向で下流側に配置される前記オイル分離ユニットの円筒ケース部に形成される吸入口が、上流側に配置される前記オイル分離ユニットの円筒ケース部の外壁より前記供給空間側に延出する位置に配置されている点にある。

ブローバイガスに含まれるミストのうち粒径の小さいものは、粒径の大きいものと比較してガス中に浮遊しやすく、ガスとともに長い距離を移動する特性がある。これに対して粒径の大きいミストは、粒径の小さいものと比較して長い距離を移動することがない。また、供給経路では、ガス供給方向の上流側でのガスの流速は速く、下流側ほどガスの流速は低下する。
このような理由から、供給経路のガス供給方向での上流側に所定の内径の円筒ケース部のオイル分離ユニットを配置し、ガス供給方向での下流側に所定内径より小径となる円筒ケース部のオイル分離ユニットを配置することにより、上流側の円筒ケース部の内部に粒径の大きいミストを吸引し、下流側の円筒ケース部の内部に粒径の小さいミストを吸引することが可能となる。これにより、上流側のオイル分離ユニットで粒径の大きいミストの分離を行い、下流側のオイル分離ユニットで粒径の小さいミストを分離することが可能となる。
従って、粒径の大小に関わらずブローバイガス中のオイルミストを効率的に回収するオイルセパレータが構成された。また、供給空間に流れるブローバイガスを複数のオイル分離ユニットの吸入口に直接的に供給してオイルの分離を実現する。

オイルセパレータの縦断側面図である。 オイルセパレータの各部を展開して示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１及び図２に示すように、ガス供給部Ａと、このガス供給部Ａからのブローバイガスに含まれるオイルミストを分離する４つのサイクロン型のオイル分離ユニットＢと、オイル分離ユニットＢで捕集されたオイルを回収するオイル回収部Ｃと、オイル分離ユニットＢでオイルミストが分離されたブローバイガスを送り出すガス排出部Ｄとを備えてオイルセパレータが構成されている。

このオイルセパレータは、内燃機関としてのエンジンＥのクランク室で発生するブローバイガスを、エンジンＥの吸気系に戻す経路に介装されるものであり、ガス供給部Ａから４つのオイル分離ユニットＢを介してガス排出部Ｄにブローバイガスを流すことにより、ブローバイガスに含まれるオイルミストを４つのオイル分離ユニットＢが分離捕集し、液滴化してオイル回収部Ｃに回収し、エンジンＥのオイルパン等に排出する機能を有している。

〔オイル回収構成〕
ガス供給部Ａは、全体がケース状であり、一端にガス供給口１を有すると共に、水平姿勢の中間壁２の上側に、ガス供給口１からのブローバイガスをガス供給方向Ｆに沿って水平方向に送る供給空間Ａｓが供給経路として形成されている。

４つのオイル分離ユニットＢは、縦向き姿勢の軸芯を中心とする円筒状の円筒ケース部５の下部位置に軸芯を中心として下側ほど小径となるコーン部６を一体形成した構成を有している。円筒ケース部５の側面にはガス吸入口５Ａが形成され、円筒ケース部５の上部には軸芯と同軸芯となる排出筒７を備え、コーン部６の下端にはオイルを送り出す排油孔６Ａが形成されている。

オイル分離ユニットＢでは、負圧により排出筒７からガス排出部Ｄにブローバイガスを排出する流れを作り出すことにより、ガス吸入口５Ａから吸引したブローバイガスを円筒ケース部５の内部で旋回させてコーン部６に送り、このコーン部６でオイルミストを凝集させ捕集するように機能する。また、吸入したブローバイガスを円筒ケース部５の内部で旋回させるために、複数の円筒ケース部５に形成されるガス吸入口５Ａは、ブローバイガスを円筒ケース部５の内周に向けて接線方向で、ガス供給方向Ｆの上流側に向かう姿勢で開放している。また、４つのガス吸入口５Ａが、ガス供給方向Ｆで上流側の円筒ケース部５により吸入が妨げられないように、下流側のものほど供給空間Ａｓの方向に突出するように配置されている。

複数のオイル分離ユニットＢは、夫々の円筒ケース部５が隣接するもの同士が連結する状態で、ガス供給部Ａの中間壁２に対して円筒ケース部５と一体的に形成されている。尚、この複数のオイル分離ユニットＢをガス供給部Ａと分離するように構成しても良く、複数のオイル分離ユニットＢをオイル回収部Ｃと一体的に形成しても良い。

オイル回収部Ｃは、全体がケース状であり、傾斜姿勢の底壁１０の低レベル側の端部にオイルを送り出すオイル排出口１１が形成されている。ガス排出部Ｄは、全体がケース状であり、下側に隔壁１３が形成され、端部にガス排出口１４が形成されている。尚、ガス排出口１４は、ガス供給部Ａのガス供給方向Ｆの下流側の端部に位置している。

このオイルセパレータは、オイル回収部Ｃの上部にガス供給部Ａを重ね、この上部にガス排出部Ｄを重ね合わせる形態で組み立てられている。これにより、円筒ケース部５のガス吸入口５Ａが供給空間Ａｓに連通し、コーン部６の排油孔６Ａがオイル回収部Ｃに連通し、排出筒７の上端がガス排出部Ｄに連通している。尚、オイル分離ユニットＢの複数の排出筒７は、ガス排出部Ｄの隔壁１３に一体的に形成されている。

〔オイル分離ユニット〕
本発明のオイルセパレータでは、４つのオイル分離ユニットＢの軸芯を中心とする半径が異なる値に設定されている。つまり、４つのオイル分離ユニットＢのうち最も大径のものを供給空間Ａｓにブローバイガスが送られるガス供給方向Ｆで最も上流位置に配置し、これより小径のものを、ガス供給方向Ｆで下流側に配置することにより、複数のオイル分離ユニットＢの円筒ケース部５の内径が、ガス供給方向Ｆの上流側に配置されるものほど大径に設定されている。

このように配置される４つのオイル分離ユニットＢのうち、ガス供給方向Ｆで最も上流位置のものから、下流のものに対してＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の符号を附している。

〔オイルミストの捕集形態〕
ブローバイガスに含まれるミストのうち粒径の小さいものは、粒径の大きいものと比較してガス中に浮遊しやすく、ガスとともに長い距離を移動する特性がある。これに対し粒径の大きいミストは、粒径の小さいものと比較して長い距離を移動することがない。サイクロン型のオイル分離ユニットは、円筒状の円筒ケース部５の内部空間に供給したブローバイガスを円筒ケース部５からコーン部６の内部で旋回させることにより、ミストを凝集分離して捕集し、排油孔６Ａからオイル回収部Ｃに排出する構成であるため、ガスを旋回させるに必要とする所定の流速を必要とする。

また、ブローバイガスがガス供給口１からガス排出口１４に流れることにより、供給空間Ａｓでブローバイガスは、この供給空間Ａｓにおいてはガス供給方向Ｆに流れる。ブローバイガスの流速は、ガス供給方向Ｆの上流側ほど高く、下流側ほど流速が低い。従って、ミストのうち粒径の大きいものほど、供給空間Ａｓの下流側に到達し難く、上流側のオイル分離ユニットＢに吸引される。また、ミストのうち粒径の小さいものほど下流側まで流動しやすく、下流側のオイル分離ユニットＢに吸引される。

このような理由から、内径が異なる４つのオイル分離ユニットＢ（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４）をガス供給方向Ｆに沿って、内径の大きいものから小さいものに順次配置している。また、ブローバイガスを吸入する際に隣接する円筒ケース部５がガスの吸入を妨げないよう下流側のものほど供給空間Ａｓの方向に突出するように配置している。

これにより、隣接する円筒ケース部５に妨げられることなく複数のガス吸入口５Ａに対して効率的にガスを吸入すると共に、内径が大径となるオイル分離ユニットＢでは円筒ケース部５の内部でのガスを設定速度で旋回させ、良好に大きい粒径のミストを捕集する。また、内径が小径となるオイル分離ユニットＢでは、ガス吸入口５Ａから円筒ケース部５の内部に供給される際のガスの速度が低速であるが、円筒ケース部５の内部に吸引した後には内径が小さいためガスの流速を高め、小さい粒径のミストの捕集を行う。

つまり、供給空間Ａｓの内部でのブローバイガスの流速の分布とミストの粒径との対応を考慮して、供給空間Ａｓでのガス供給方向Ｆに沿って、内径が大きいオイル分離ユニットＢから内径が小さいオイル分離ユニットＢを並列的に配置している。これにより、ガス供給方向Ｆで上流側のオイル分離ユニットＢでは大径のミストを専ら捕集し、下流側のオイル分離ユニットＢでは小径のミストを専ら捕集することになり。複数のオイル分離ユニットＢで捕集量に偏りのない効率的な捕集を実現しているのである。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）オイル分離ユニットＢの数は、２つ、あるいは、３つで良く、５つ以上であっても良い。

（ｂ）複数のオイル分離ユニットＢの配置については、ブローバイガスが送られる供給空間Ａｓでのガス供給方向Ｆに沿って大径のものから小径のものとなる傾向で配置すれば、複数のオイル分離ユニットＢ同士の中間に間隙を形成することや、複数のオイル分離ユニットＢを千鳥配置する等、配置は任意に行える。

（ｃ）複数のオイル分離ユニットＢを供給空間Ａｓを挟む位置に２列配置してオイルセパレータを構成しても良い。このように、複数のオイル分離ユニットＢを２列備える構成により一層効率的にオイルの捕集を行える。

本発明は、ブローバイガスからオイルミストを捕集するオイルセパレータに利用することができる。

５ 円筒ケース部
５Ａ 吸入口（ガス吸入口）
ＡＳ 供給経路・供給空間
Ｂ オイル分離ユニット
Ｅ 内燃機関（エンジン）
Ｆ ガス供給方向

Claims (1)

1. 内燃機関のブローバイガスが供給される供給経路を備え、ブローバイガスが供給される円筒ケース部を有したサイクロン型のオイル分離ユニットがガス供給方向に沿って複数配置されると共に、
   前記オイル分離ユニットの円筒ケース部の内径が、前記ガス供給方向の上流側に配置されるものほど大径に設定され、
   前記供給経路がブローバイガスを流通可能な供給空間で構成され、複数の前記オイル分離ユニットの円筒ケース部の軸芯が互いに平行姿勢で、各々の軸芯がガス供給方向と直交する姿勢に設定され、
   ガス供給方向で下流側に配置される前記オイル分離ユニットの円筒ケース部に形成される吸入口が、上流側に配置される前記オイル分離ユニットの円筒ケース部の外壁より前記供給空間側に延出する位置に配置されているオイルセパレータ。

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