JP5847445B2 - 内燃機関のオイルセパレータ - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関のシリンダヘッドカバー内に設けられ、該シリンダヘッドカバーを通して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オイルセパレータの改良に関する。

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１，２に開示されているように、シリンダヘッドカバーの一部にオイルセパレータが設けられており、このオイルセパレータを介してオイルを分離除去した後に、ブローバイガスを取り出す構成となっている。なお、一般にシリンダヘッドカバーに２本のブローバイガス通路が接続され、通常の運転条件下では一方の通路から新気が導入されるようになっているが、高負荷条件では双方の通路をブローバイガスが流れるので、シリンダヘッドカバーには、それぞれに対しオイルセパレータが設けられる。

特許文献１，２のオイルセパレータは、いわゆる慣性衝突方式のオイルセパレータであって、オイルセパレータ室内に多数の小孔を備えた隔壁を配設するとともに、この隔壁に隣接して小孔に対向する衝突板を配設した構成となっており、オイルミストを含んだブローバイガスが隔壁の小孔を通ることで流速が高くなり、小孔を出て衝突板に高速で衝突する際に、オイルミストが衝突板に付着して回収される。衝突板の下端にはスリット状の開口部が設けられており、衝突板で分離して大きな液滴に成長したオイルは、この開口部を通してオイルセパレータ室底面を下流側へ流れ、オイルセパレータ室底面に設けられたドレンパイプの下端排出口から動弁室内に滴下する。

特開２００５−１２０８５５号公報 特開２００９−１２１２８１号公報

上記のような慣性衝突方式のオイルセパレータにおいては、衝突板に付着して回収されたオイルは、徐々に大きな液滴に成長して、上記のスリット状開口部を横切るような形で衝突板下縁からオイルセパレータ室底面に滴下することになるが、上記スリット状開口部を同時にブローバイガス（オイルミストが除去された後のブローバイガス）が高速で流れているので、オイルの液滴が衝突板からオイルセパレータ室底面に滴下する際に、一部がブローバイガスの流れに再飛散してしまい、ブローバイガス出口から外部（機関吸気系）に持ち出されてしまう。

この発明に係る内燃機関のオイルセパレータは、内燃機関のシリンダヘッドカバー内に設けられ、該シリンダヘッドカバーを通して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オイルセパレータであって、一端部にブローバイガス入口を有するとともに他端にブローバイガス出口を有するセパレータ室と、上記セパレータ室内を上記ブローバイガス入口側の入口室と上記ブローバイガス出口側の出口室とに仕切るように設けられ、かつ複数の小孔が貫通形成された隔壁と、上記小孔に対向するように上記隔壁に隣接して上記出口室内に設けられた衝突板と、この衝突板の幅の一部ないし全体に亘って、該衝突板の下端と上記セパレータ室底面との間にスリット状に設けられた開口部と、分離したオイルを上記セパレータ室底面から内燃機関の動弁室内に排出するドレン部と、を備えている。そして、さらに、上記開口部に隣接して上記衝突板の下流側に配置され、上記セパレータ室底面から上記衝突板と平行に立ち上がった起立壁と、上記セパレータ室底面に沿ったオイルの流れを許容するように、上記セパレータ室底面に沿って上記起立壁の一部に設けられた切欠部と、を備えている。

従って、ブローバイガス入口から導入されたブローバイガスは、ブローバイガス入口からブローバイガス出口へとセパレータ室内を流れる間に、隔壁の小孔を通って高速の流れとなり、衝突板に高速で衝突する。これによってブローバイガスに含まれていたオイルミストが分離され、衝突板表面に付着する。このオイルミストは、徐々に大きな液滴に成長して、衝突板下縁から開口部を横切るようにオイルセパレータ室底面に滴下し、該開口部からオイルセパレータ室底面を流れてドレン部から排出される。

ここで、開口部を高速で流れるブローバイガスの流れによって、衝突板から落下するオイルの液滴の一部が再飛散しようとするが、本発明では、衝突板の下流側に起立壁が位置するため、ブローバイガスとともに再飛散しようとしたオイルミストが起立壁に衝突して再度捕捉される。この起立壁は、セパレータ室底面に沿って切欠部を有するので、セパレータ室底面に沿ったオイルの流れは損なわれない。

好ましくは、上記オイルセパレータは、間隔をおいて平行に配置された複数の起立壁を備えている。そして、これら複数の起立壁の高さが、下流側の起立壁ほど高くなるようにそれぞれ異なっている。

このように複数の起立壁を設け、開口部に近い起立壁は低くし、開口部から離れた起立壁は高くすれば、再飛散しようとしたオイルミストをより確実に捕捉できる一方で、過度に通気抵抗を悪化させることがない。

特に、上記衝突板から各起立壁までの距離に正比例した高さを各起立壁が備えるようにすれば、通気抵抗の過度の増加を回避しつつ最も効率的な捕捉が可能となる。

この発明に係る内燃機関のオイルセパレータによれば、衝突板からオイルセパレータ室底面に滴下する際に再飛散しようとしたオイルをその直下で捕捉するため、ブローバイガス出口から外部へ流出するオイルミストが低減し、全体としてオイルセパレータとしてのオイルミスト捕捉性能が向上する。

この発明に係るオイルセパレータを備えた内燃機関の模式的な断面図。 オイルセパレータの一実施例を示す断面図。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。 開口部および起立壁の部分を拡大して示す説明図。 切欠部を備えた起立壁の斜視図。 切欠部の異なる例を示す起立壁の斜視図。 起立壁の両側に切欠部を備えた実施例のオイルセパレータの図３と同様の断面図。 実施例と従来品とでオイルミスト捕捉効率を対比して示した特性図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係るオイルセパレータ１を備えた内燃機関の構成を概略的に示しており、シリンダブロック２とオイルパン３とによってクランクケース４が画成されているとともに、このクランクケース４とシリンダヘッド５内の動弁室６とが互いに連通している。ブローバイガス処理装置の一部をなすシリンダヘッドカバー７には、図示せぬ内燃機関吸気系のスロットル弁上流側（例えばエアクリーナ）に接続される新気導入口８と、スロットル弁下流側（例えばインテークマニホルド）に接続されるブローバイガス取出口９と、が設けられており、ブローバイガス取出口９には、ブローバイガスの流量を圧力差に応じて制御する公知のＰＣＶバルブ１０が設けられている。

このような構成においては、スロットル弁上下の圧力差によって新気導入口８から新気が導入され、クランクケース４内ならびに動弁室６内が換気される。クランクケース４内や動弁室６内のブローバイガスは、この新気とともにブローバイガス取出口９のＰＣＶバルブ１０を介してスロットル弁下流側に導入される。

そして、このブローバイガスに混入しているオイルミストを除去するために、上記ブローバイガス取出口９が設けられるシリンダヘッドカバー７の内側に、オイルセパレータ１が一体に設けられている。

なお、図１の矢印は、内燃機関の低・中負荷時のガスの流れを示しているが、スロットル弁が全開付近にある高負荷時には、ブローバイガスの一部は、新気導入口８からも吸気系に排出される。従って、新気導入口８側にも同様のオイルセパレータが設けられるのが一般的であり、本発明のオイルセパレータ１は、ブローバイガス取出口９側のオイルセパレータあるいは新気導入口８側のオイルセパレータのいずれにも適用することが可能である。

図２および図３は、上記のようにシリンダヘッドカバー７に一体化されたオイルセパレータ１を単体で示している。このオイルセパレータ１は、下面が開口した細長い通路状をなすハウジング部２１を合成樹脂製シリンダヘッドカバー７の一部として該シリンダヘッドカバー７の天井面に成形するとともに、このハウジング部２１の下面開口を覆うように、合成樹脂製セパレータカバー２２をシリンダヘッドカバー７に取り付けることによって構成されている。なお、本発明はこれには限定されず、シリンダヘッドカバー７とは別に成形される独立したハウジング部２１を備えた構成とすることも可能である。

上記オイルセパレータ１は、例えば気筒列と直交する方向（機関の幅方向）に沿って細長く延びており、上記ハウジング部２１と上記セパレータカバー２２との間に、断面矩形の細長いセパレータ室２３が画成されている。このセパレータ室２３の長手方向の一端部には、ブローバイガス入口２４が位置し、他端部には、ブローバイガス出口２５が位置し、従って、基本的に、ブローバイガスはセパレータ室２３内をその長手方向に沿って直線的に流れていく。

上記ブローバイガス入口２４は、上記セパレータカバー２２に開口形成された矩形の開口部からなる。つまり、この実施例では、ブローバイガス入口２４は、セパレータ室２３の底面に開口しており、このブローバイガス入口２４を介してセパレータ室２３が動弁室６に連通している。また、上記ブローバイガス出口２５は、この実施例では、ハウジング部２１の上面に配置され、換言すれば、シリンダヘッドカバー７の天井壁を貫通して設けられている。前述したようにこのオイルセパレータ１がブローバイガス取出口９側に設けられる場合には、上記ブローバイガス出口２５がブローバイガス取出口９となり、図示せぬＰＣＶバルブが取り付けられる。なお、上記ブローバイガス出口２５は、細長いセパレータ室２３の端面（比較的上方の位置）に配置されることもある。

上記セパレータ室２３の長手方向の中間部には、該セパレータ室２３の長手方向と直交する板状の隔壁２７が設けられており、この隔壁２７によって、セパレータ室２３は、ブローバイガス入口２４側の入口室２８と、ブローバイガス出口２５側の出口室２９と、に２分割されている。この隔壁２７は、図示例では、セパレータカバー２２と一体に成形され、ハウジング部２１の天井面に達する高さまで上方に延びている。これとは逆に、隔壁２７をハウジング部２１つまりシリンダヘッドカバー７と一体に成形するようにしてもよい。この隔壁２７は、ブローバイガスの流速を高めるための絞りとなる複数の小孔３０を有し、図示例では、隔壁２７の中間の高さ位置に一列に並んで複数の小孔３０が貫通形成されている。なお、隔壁２７の下端の両隅部に、入口室２８内で液滴となったオイルが出口室２９側に流れるように切欠部３１を設けるようにしてもよい。

出口室２９内には、上記隔壁２７に隣接して該隔壁２７と平行な衝突板３２が配設されている。この衝突板３２は、高速で流れてくるブローバイガスからオイルミストを分離するように上記小孔３０に適宜な間隔を介して対向している。図示例では、この衝突板３２は、隔壁２７と同様にセパレータカバー２２と一体に成形され、ハウジング部２１の天井面に達する高さまで上方に延びている。これとは逆に、衝突板３２をハウジング部２１側に一体に成形するようにしてもよい。なお、オイルミストの捕捉・分離性能を高めるために、衝突板３２の表面を、凹凸面、例えば上下方向に沿った凹溝を多数形成した凹凸面としてもよい。この衝突板３２の下端部には、セパレータ室２３底面との間でスリット状に開口する開口部３３が設けられている。図示例では、衝突板３２は、セパレータカバー２２の底面から立ち上がるように該セパレータカバー２２と一体に成形されているので、上記開口部３３は、衝突板３２の幅方向の中央部に矩形の窓状に開口形成されており、幅方向の両端部は衝突板３２を支持するために残存している。衝突板３２をハウジング部２１側と一体に成形する場合などは、開口部３３を衝突板３２の全幅に亘って設けることも可能である。衝突板３２の表面で分離したオイルは、下方へ流れ落ち、この開口部３３を通してセパレータ室２３底面に沿って下流側へ流れる。

そして、上記出口室２９の底面には、集まったオイルを動弁室６側へ排出するためのドレン部としてドレンパイプ３５がセパレータカバー２２と一体に成形されている。このドレンパイプ３５は、動弁室６へ向かって下方へ筒状に延びており、下端に小さな排出口を備えている。

ここで、本発明においては、上記衝突板３２と上記ドレンパイプ３５との間に、３つの起立壁４１，４２，４３が設けられている。これらの起立壁４１，４２，４３は、セパレータ室２３底面から衝突板３２と平行に立ち上がった板状のものであり、図示例では、セパレータカバー２２と一体に成形されている。第１の起立壁４１は、上記開口部３３に隣接し、開口部３３の高さと同程度か開口部３３の高さよりも若干低い高さを有している。第２の起立壁４２は第１の起立壁４１から下流側に適宜な間隔をおいて位置し、かつ第３の起立壁４３は第２の起立壁４２から下流側に同じ間隔をおいて位置している。そして、第２の起立壁４２の高さは第１の起立壁４１の高さよりも高く、第３の起立壁４３の高さは第２の起立壁４２の高さよりもさらに高い。特に、この実施例では、衝突板３２から各起立壁４１，４２，４３までの距離に正比例した高さをそれぞれの起立壁４１，４２，４３が有しており、図４に拡大して示すように、３つの起立壁４１，４２，４３の上端が一直線上に位置している。なお、これらの起立壁４１，４２，４３の高さが過度に高いと、通気抵抗が悪化する。開口部３３で再飛散するオイルミストの捕捉のためには、セパレータ室２３の全高に対し比較的低いもので十分であり、例えば図２のように正面から見たときに、開口部３３からブローバイガス出口２５へ至る直線状の流線を遮るような高さは不要である。なお、図３のように上面から見たときには、開口部３３からブローバイガス出口２５へと向かうブローバイガスの流れ方向と各起立壁４１，４２，４３とが交差する位置関係となる。

上記各起立壁４１，４２，４３には、セパレータ室２３底面に沿ったオイルの流れを損なわないように、セパレータ室２３底面に沿った位置に、図５あるいは図６に例示する切欠部４５が設けられている。図５は、起立壁４１，４２，４３の幅方向の中間部に切欠部４５を設けた例であり、図６は、起立壁４１，４２，４３の両隅部に切欠部４５を設けた例である。３つの起立壁４１，４２，４３について、これらを組み合わせて適用することも可能である。

また、図７に示すように、両側の切欠部４５を起立壁４１，４２，４３の全高に亘って設けるようにしてもよい。つまり、この例では、実質的に各起立壁４１，４２，４３の側縁がセパレータ室２３の側壁面から離れている。

上記のように構成されたオイルセパレータ１においては、ブローバイガス入口２４からブローバイガス出口２５へとセパレータ室２３内を流れるブローバイガスは、隔壁２７の小孔３０で通路面積が絞られることにより高速流となり、衝突板３２に衝突する。そのため、ブローバイガスに含まれていたオイルミストが分離して衝突板３２の表面に付着する。このように捕捉されたオイルミストは徐々に大きな液滴に成長し、図４に模式的に油滴５０として示すように、衝突板３２の下縁（換言すれば開口部３３の上縁）から開口部３３を横切るような形でセパレータ室２３底面に滴下し、この底面上を下流側へ流れる。このとき、開口部３３を通してブローバイガス（オイルミストが除去された後のブローバイガス）が高速で流れるので、開口部３３を落ちる油滴５０の一部がブローバイガスの流れの中に再飛散する。しかしながら、このように再飛散したオイルミストは、開口部３３の直下に位置する起立壁４１，４２，４３にブローバイガスの流れが干渉することによって再度捕捉され、セパレータ室２３底面に回収される。図４には、開口部３３から出たブローバイガスの流れを矢印Ｇでもって模式的に示しているが、起立壁４１，４２，４３の上端縁の位置が順次高くなっていくので、通気抵抗を過度に増加させることなく高い再捕捉性能が得られる。特に、開口部３３に最も近い起立壁４１は、その高さが比較的低く、従って、通気抵抗の過度の増加が回避される。なお、各起立壁４１，４２，４３で再捕捉したオイルならびに衝突板３２から再飛散することなくセパレータ室２３底面を流れてきたオイルは、起立壁４１，４２，４３の切欠部４５を通して下流側へ流れ、最終的にはドレンパイプ３５から動弁室６へと滴下する。

図８は、起立壁４１，４２，４３を具備しない従来例のオイルセパレータと、図４のように３つの起立壁４１，４２，４３を備えた実施例のオイルセパレータ１と、について、オイルミストの捕捉性能を比較したものであり、図示するように、本発明の実施例では、広範な粒径範囲に亘って１０％程度の捕捉効率の向上が得られた。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、３つの起立壁４１，４２，４３を備えているが、これよりも少ない個数の起立壁であっても、逆により多数の起立壁であってもよい。また、複数の起立壁を備える場合、必ずしも上記のように衝突板３２から各起立壁までの距離に正比例した高さでなくてもよい。但し、本発明者が行った実験によれば、衝突板３２から各起立壁までの距離に正比例した形で各起立壁を順に高くしていく構成が、通気抵抗と捕捉効率とのバランスの上で最も良好なものとなる。また、上記実施例では、隔壁２７、衝突板３２および起立壁４１，４２，４３が、合成樹脂製のセパレータカバー２２の一部として一体に成形されているが、本発明はこれに限定されず、これらのいくつかあるいは全てをシリンダヘッドカバー７と一体に成形することも可能であり、あるいは、別に成形した部品を組み付けるようにしてもよい。

なお、図２，図３は、完全な直方体としてハウジング部２１を示しているが、実際には、シリンダヘッドカバー７の外形状等に応じて、若干異形な形状となるのが一般的である。

１…オイルセパレータ
７…シリンダヘッドカバー
２１…ハウジング部
２２…セパレータカバー
２３…セパレータ室
２７…隔壁
２８…入口室
２９…出口室
３０…小孔
３２…衝突板
３３…開口部
３５…ドレンパイプ
４１，４２，４３…起立壁
４５…切欠部

Claims (2)

1. 内燃機関のシリンダヘッドカバー内に設けられ、該シリンダヘッドカバーを通して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オイルセパレータであって、
   一端部にブローバイガス入口を有するとともに他端にブローバイガス出口を有するセパレータ室と、
   上記セパレータ室内を上記ブローバイガス入口側の入口室と上記ブローバイガス出口側の出口室とに仕切るように設けられ、かつ複数の小孔が貫通形成された隔壁と、
   上記小孔に対向するように上記隔壁に隣接して上記出口室内に設けられた衝突板と、
   この衝突板の幅の一部ないし全体に亘って、該衝突板の下端と上記セパレータ室底面との間にスリット状に設けられた開口部と、
   分離したオイルを上記セパレータ室底面から内燃機関の動弁室内に排出するドレン部と、
   上記開口部に隣接して上記衝突板の下流側に配置され、上記セパレータ室底面から上記衝突板と平行に立ち上がった起立壁と、
   上記セパレータ室底面に沿ったオイルの流れを許容するように、上記セパレータ室底面に沿って上記起立壁の一部に設けられた切欠部と、
   を備え、
   上記起立壁として、間隔をおいて平行に配置された複数の起立壁を備え、かつこれら複数の起立壁の高さが、下流側の起立壁ほど高くなるようにそれぞれ異なっ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. 上記衝突板から各起立壁までの距離に正比例した高さを各起立壁が備え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。

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