JP6578936B2 - ミストセパレータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ミストセパレータの制御装置に関する。

内燃機関には、クランク室内のブローバイガスを吸気通路に還流する還流通路が設けられている。こうした還流通路の途中には、ブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイルミストセパレータが設けられている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に記載のオイルセパレータのケース内には、不織布により形成されたフィルタがブローバイガスの流路断面全体を遮るように設けられている。ブローバイガスがフィルタを通過する際に、ブローバイガスに含まれるオイルミストがフィルタの繊維により捕捉されて分離される。そして、フィルタに捕捉されたオイルは自重により落下し、ケースの底壁に形成されたオイル排出口を通じて外部に排出される。

特開２０１１−４７３０６号公報

ところで、こうしたオイルミストセパレータでは、ブローバイガスのオイルミストがフィルタに捕捉されることとなるが、捕捉されたオイルの一部がフィルタに固着してフィルタを目詰まりさせるおそれがある。そのため、フィルタの目詰まりを把握するための装置が求められる。

なお、こうした問題は、上述した内燃機関のブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイルミストセパレータに限られるものではなく、ガスに含まれるミストを分離するミストセパレータにおいても概ね共通して生じるものである。

本発明の目的は、フィルタの目詰まりを把握することのできるミストセパレータの制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するためのミストセパレータの制御装置は、複数の電極と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極の間に配置されたフィルタとを有し、複数の前記電極の間に電位差が付与されている状態において前記フィルタにガスを通過させることにより、ガスに含まれるミストを静電吸着力により分離するミストセパレータに適用される制御装置であって、複数の前記電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいて前記フィルタの目詰まり度合が所定の度合以上であるか否かを判定する判定部を備える。

フィルタは電気絶縁材料により形成されているため、新品のフィルタ、すなわちミスト成分の固着による目詰まりが生じていないフィルタでは、複数の電極の間に電位差を付与しても、これら電極の間における電気抵抗が大きく、これら電極の間を流れる電流は極めて小さい。

一方、ミスト成分はフィルタよりも電気抵抗値が小さいため、ミスト成分の固着によるフィルタの目詰まり度合が大きくなるほど、複数の電極の間における電気抵抗が小さくなる。

上記構成によれば、判定部により、複数の電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいてフィルタの目詰まり度合が所定の度合以上であるか否かが判定される。

また、上記目的を達成するためのミストセパレータの制御装置は、複数の電極と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極の間に配置されたフィルタとを有し、複数の前記電極の間に電位差が付与されている状態において前記フィルタにガスを通過させることにより、ガスに含まれるミストを静電吸着力により分離するミストセパレータに適用される制御装置であって、複数の前記電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいて前記フィルタの目詰まり度合を推定する推定部を備える。

上記構成によれば、推定部により、複数の電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいてフィルタの目詰まり度合が推定される。

本発明によれば、フィルタの目詰まりを把握することができる。

ミストセパレータの制御装置の第１実施形態について、車載内燃機関のオイルミストセパレータの斜視図。 オイルミストセパレータの電極板と電圧発生装置との接続態様を示す模式図。 電圧発生装置を中心とした電気的構成を示す回路図。 オイルミストセパレータの作用を説明する模式図。 内燃機関の総運転時間と、フィルタの圧力損失及び電気抵抗値との関係を示すグラフ。 第２実施形態における電圧発生装置を中心とした電気的構成を示す回路図。 第３実施形態における電子制御装置を中心とした電気的構成を示す略図。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図５を参照して、第１実施形態について説明する。
＜オイルミストセパレータ１０＞
図１に示すように、オイルミストセパレータ１０は、車載内燃機関のクランク室内のブローバイガスを吸気通路に還流する還流通路に設けられるものであり、例えばナイロン６６などの電気絶縁性の硬質樹脂材料によって形成されたケース１１を有している。

ケース１１は、上部開口を有するケース本体２０と、ケース本体２０の上部開口を閉塞するリッド３０とを有している。ケース本体２０は、平面視長方形状の底壁２２と、同底壁２２の四辺から上方に向けて延びる側壁２１とを有している。なお、以降において、底壁２２の長手方向をそれぞれ単に長手方向として説明する。

長手方向における一端側の側壁２１には、ケース１１の内外を連通する円筒状のガス流入口２３が外側に向けて突設されている。また、長手方向における他端側の側壁２１には、ケース１１の内外を連通する円筒状のガス流出口２４が外側に向けて突設されている。底壁２２における前記ガス流出口２４に近接した位置には、ケース１１の内外を連通するオイル排出口２５が下側に向けて突設されている。

ケース本体２０の内部には、ステンレス鋼によって形成された４枚の電極板４０が互いに間隔をおいて対向して配置されている。また、各電極板４０は、ガス流入口２３及びガス流出口２４が形成された側壁２１と間隔をおいて配置されている。なお、電極板４０は２枚以上であればよく、電極板４０の枚数を任意に変更することができる。

各電極板４０の間には、電気絶縁材料であるポリエステルの繊維５１（図４参照）によって形成されたフィルタ５０が介設されている。フィルタ５０は、同フィルタ５０を挟む一対の電極板４０にそれぞれ当接している。なお、ポリエステルなどの電気絶縁材料は誘電分極が生じる誘電材料でもある。

＜電圧発生装置６０及び電子制御装置８０＞
図２に示すように、各電極板４０には、導線を介して電圧発生装置６０が電気的に接続されている。同図の左から奇数番目の電極板４０には、電圧発生装置６０の陽極（＋）が接続されている。また、同図の左から偶数番目の電極板４０には、電圧発生装置６０の陰極（−）が接続されている。電圧発生装置６０により、互いに隣り合う電極板４０の間に所定の電位差を付与することが可能とされている。

図３に示すように、車載の直流電源（以下、電源６１）には、昇圧用のトランス６２の一次コイル６３、スイッチング素子としてこの例では電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ６４）、及び過電流検出用の検出抵抗６６が直列にて順に接続されている。ＦＥＴ６４のゲート端子には、ＦＥＴ６４をスイッチング駆動する駆動回路６５が接続されている。

トランス６２の二次コイル６８には、ダイオード６９及びオイルミストセパレータ１０の電極板４０が順に直列にて接続されている。また、二次コイル６８には、平滑用のコンデンサ７０が接続されている。

駆動回路６５は、検出抵抗６６の電圧Ｖと制限値Ｖｍａｘとを比較する比較回路を有しており、検出抵抗６６の電圧Ｖが制限値Ｖｍａｘ以上となった場合に、検出抵抗６６に短絡に起因した過電流が流れたとしてＦＥＴ６４をオフにするように構成されている。これにより、電極板４０の間に電位差が付与されることが停止される。

本実施形態では、ＦＥＴ６４と検出抵抗６６との間に検知回路６７が接続されている。検知回路６７には、内燃機関の電子制御装置８０が接続されている。検知回路６７は、検出抵抗６６の電圧Ｖと、上記制限値Ｖｍａｘよりも小さい所定の閾値Ｖｔｈとを比較するとともに、検出抵抗６６の電圧Ｖが所定の閾値Ｖｔｈ以上となった場合に、電子制御装置８０に対して信号を出力する。

電子制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップなどを予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果などを一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェースなどを備えて構成されている。

電子制御装置８０は、検出抵抗６６の電圧Ｖが所定の閾値Ｖｔｈ以上となって検知回路６７から信号が入力されると、フィルタ５０の目詰まり度合が所定の度合以上である旨判定する判定部８１を備えている。この所定の閾値Ｖｔｈについては後述する。

また、電子制御装置８０は、判定部８１によりフィルタ５０の目詰まり度合が所定の度合以上である旨判定された場合に、その旨を運転手に対して報知すべく、車室内のインストルメントパネルに設けられた報知ランプ９０に対して駆動信号を出力する報知ランプ制御部８２を備えている。

次に、オイルミストセパレータ１０の作用について説明する。
図１に示すように、ガス流入口２３を通じてケース１１内に導入されたブローバイガスはガス流出口２４に向けて移動する。

電圧発生装置６０により各電極板４０の間に所定の電位差が付与されることにより、図４に示すように、各電極板４０の間には静電界が生じるとともに、フィルタ５０の繊維５１の表面には誘電分極により正（＋）または負（−）の電荷が生じる。このため、ブローバイガスに含まれるオイルミストＭのうち帯電しているものは、各電極板４０の間を通過する際に静電気力によって移動方向が曲げられることとなり、フィルタ５０に捕捉されやすくなる。

また、ブローバイガスに含まれるオイルミストＭのうち帯電していないものは、各電極板４０の間に介設されたフィルタ５０の繊維５１同士の間の間隙を通過する際に誘電分極によりオイルミストＭの表面に正（＋）または負（−）の電荷が生じる。このため、静電気力によってオイルミストＭがフィルタ５０の繊維５１の表面の負（−）または正（＋）の電荷に引き寄せられることとなり、フィルタ５０に捕捉されやすくなる。

これらのことから、目の粗いフィルタ５０であってもオイルミストＭを効果的に捕捉することができ、フィルタ５０による通気抵抗の増大を抑制することができる。
なお、オイルが分離されたブローバイガスは、ガス流出口２４を通じて還流通路に流出する。一方、底壁２２上に溜まったオイルなどは同底壁２２を伝って移動し、オイル排出口２５を通じてケース１１外に排出される。

次に、フィルタ５０の目詰まり判定処理について説明する。
前述したように、フィルタ５０は電気絶縁材料により形成されているため、新品のフィルタ５０、すなわちオイルの固着による目詰まりが生じていないフィルタ５０では、複数の電極板４０の間に電位差を付与しても、これら電極板４０の間における電気抵抗が大きく、これら電極板４０の間を流れる電流は極めて小さい。

一方、オイルはフィルタ５０よりも電気抵抗値が小さいため、オイルの固着によるフィルタ５０の目詰まり度合が大きくなるほど、複数の電極板４０の間における電気抵抗が小さくなる。すなわち、電流は、電気抵抗の小さいオイルを介することで流れやすくなる。

図５に一点鎖線にて示すように、内燃機関の総運転時間が長くなるほど、フィルタ５０の目詰まり度合が大きくなり、フィルタ５０の圧力損失が大きくなる。これとは反対に、図５に実線にて示すように、内燃機関の総運転時間が長くなるほど、フィルタ５０の電気抵抗値が小さくなる。

複数の電極板４０の間を流れる電流が大きくなるほど、二次コイル６８を流れる電流が大きくなる。そして、二次コイル６８を流れる電流が大きくなるほど、一次コイル６３を流れる電流が大きくなり、検出抵抗６６を流れる電流が大きくなり、検出抵抗６６の電圧Ｖが大きくなる。すなわち、フィルタ５０の目詰まり度合が大きくなり、フィルタ５０の電気抵抗値が小さくなるほど、検出抵抗６６の電圧Ｖが大きくなる。したがって、フィルタ５０の電気抵抗の大きさと、検出抵抗６６の電圧Ｖとの間には相関関係がある。

そこで、本実施形態によれば、前述したように、電子制御装置８０の判定部８１により、検出抵抗６６の電圧Ｖが所定の閾値Ｖｔｈ以上である場合には、フィルタ５０の目詰まり度合が所定の度合以上である旨判定される。所定の閾値Ｖｔｈは、フィルタ５０の目詰まり度合がフィルタ５０を交換すべき度合であるときの検出抵抗６６の電圧Ｖに対応して設定されている。このため、フィルタ５０の目詰まりを把握することができる。

また、上記検出抵抗６６は過電流を検出するために電圧発生装置６０に設けられているものであるため、フィルタ５０の目詰まり度合を判定するためだけに複数の電極板４０の間における電気抵抗の大きさを検出する構成を追加しなくて済む。したがって、電圧発生装置６０全体の電気的構成が複雑化することを抑制できる。

また、判定部８１によりフィルタ５０の目詰まり度合が所定の度合以上である旨判定された場合に、その旨を報知すべく、電子制御装置８０の報知ランプ制御部８２により報知ランプ９０に対して駆動信号が出力される。これにより、報知ランプ９０が点灯される。したがって、フィルタ５０の交換時期であることをドライバーに対して適切に報知することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図６を参照して、第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態は、検知回路６７に代えて、検出抵抗６６の電圧Ｖを検出するとともに電子制御装置８０に対して検出結果を出力する検出回路７１が設けられている。
電子制御装置８０は、検出抵抗６６の電圧Ｖに基づいてフィルタ５０の目詰まり度合を推定する推定部８３を備えている。すなわち、推定部８３は、例えば予め実験により求められたフィルタ５０の目詰まり度合と検出抵抗６６の電圧Ｖとの関係を規定したマップを参照することにより、フィルタ５０の目詰まり度合を推定する。また、電子制御装置８０は、推定部８３により推定されるフィルタ５０の目詰まり度合と、フィルタ５０が当該目詰まり度合に至るまでの車載内燃機関の運転履歴とに基づいてフィルタ５０の交換時期までの走行可能距離Ｄを予測する予測部８４を備えている。また、電子制御装置８０は、予測部８４により予測された走行可能距離Ｄをインストルメントパネルのディスプレイ９１に文字情報として表示させるべくディスプレイ９１に対して駆動信号を出力するディスプレイ制御部８５を備えている。

フィルタ５０の目詰まりの進行速度は内燃機関の運転態様によって異なる。また、内燃機関の運転態様の履歴である運転履歴から、今後の内燃機関の運転態様の傾向を予測することができる。

これらのことから、推定部８３により推定されるフィルタ５０の目詰まり度合と、フィルタ５０が当該目詰まり度合に至るまでの内燃機関の運転履歴とに基づいてフィルタ５０の交換時期までの走行可能距離Ｄを予測することができる。

本実施形態によれば、電子制御装置８０の予測部８４により予測された走行可能距離Ｄがインストルメントパネルのディスプレイ９１に文字情報として表示されることから、運転手はフィルタ５０の交換時期までの走行可能距離Ｄを具体的に把握することができる。

＜第３実施形態＞
以下、図７を参照して、第３実施形態について説明する。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明する。

図７に示すように、本実施形態のオイルミストセパレータ１０のケース１１には、振動を付与する加振装置１２が取り付けられている。加振装置１２は例えば偏心モータによって構成されている。

電子制御装置８０は、推定部８３により推定されるフィルタ５０の目詰まり度合に応じて加振装置１２を駆動すべく加振装置１２に対して駆動信号を出力する加振装置制御部８６を備えている。本実施形態では、推定部８３により推定されるフィルタ５０の目詰まり度合が大きくなるほど大きな振動を付与するように加振装置１２が駆動される。

本実施形態によれば、フィルタ５０に対して振動が付与されることにより、フィルタ５０の繊維５１に捕捉されたオイルミストＭの落下を促進することができる。したがって、フィルタ５０の目詰まりの進行を遅らせることができ、フィルタ５０の交換時期を延ばすことができる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・第１実施形態において、フィルタ５０の目詰まり度合が所定の度合以上である旨判定された場合に、第３実施形態において例示した加振装置１２を駆動するようにしてもよい。

・第１実施形態の報知ランプ９０に代えて、車載スピーカを駆動することによりフィルタ５０の交換時期である旨を音声により報知してもよい。
・例えばフィルタ５０に流入するブローバイガスの流量が一時的に多くなった場合に、フィルタ５０に多くのオイルミストＭが付着して電極板４０の間における電気抵抗が一時的に小さくなることが考えられる。この場合、その後に電気抵抗が回復するにもかかわらずフィルタ５０の目詰まり度合が所定の度合以上である旨の誤判定がなされるおそれがある。そこで、検出抵抗６６の電圧Ｖの所定期間における平均値を算出するとともに、同平均値に基づいてフィルタ５０の目詰まり度合の判定や推定を行うようにすれば、上述したような不都合を回避することができる。また、ブローバイガスの流量が少なくなる機関運転状態や、ブローバイガスの影響の少ない機関停止中のときに限って判定や推定を行うようにしてもよい。

・例えば整備工場での定期点検の際などに電子制御装置８０の判定部８１や推定部８３に対してアクセス可能とすれば、判定結果や推定結果を把握することができる。この場合、報知ランプ９０の点灯やディスプレイ９１への表示を省略することもできる。

・検出抵抗６６を流れる電流を検出するとともに、同電流に基づいてフィルタ５０の目詰まり度合の判定や推定を行なうようにしてもよい。
・二次コイル６８に対して検出抵抗を直列にて接続するとともに、同検出抵抗の電圧や同検出抵抗を流れる電流に基づいてフィルタ５０の目詰まり度合の判定や推定を行なうようにしてもよい。要するに、複数の電極板４０の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいて上記判定や推定を行うものであればよい。

・第１実施形態において、所定の閾値Ｖｔｈとして大きさの異なる複数の閾値を設定することもできる。この場合、判定部８１により、検出抵抗６６の電圧Ｖが複数の閾値以上であるか否かがそれぞれ判定される。また、フィルタ５０の目詰まり度合に応じて報知ランプ９０による報知態様を変更するようにすれば、フィルタ５０の目詰まり度合を段階的に把握することができる。

・本発明を、内燃機関のブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイルミストセパレータ以外のミストセパレータに対して適用することもできる。

１０…オイルミストセパレータ、１１…ケース、１２…加振装置、２０…ケース本体、２１…側壁、２２…底壁、２３…ガス流入口、２４…ガス流出口、２５…オイル排出口、３０…リッド、４０…電極板（電極）、５０…フィルタ、５１…繊維、６０…電圧発生装置、６１…電源、６２…トランス、６３…一次コイル、６４…ＦＥＴ、６５…駆動回路、６６…検出抵抗、６７…検知回路、６８…二次コイル、６９…ダイオード、７０…コンデンサ、７１…検出回路、８０…電子制御装置（制御装置）、８１…判定部、８２…報知ランプ制御部（制御部）、８３…推定部、８４…予測部、８５…ディスプレイ制御部（制御部）、８６…加振装置制御部（制御部）、９０…報知ランプ（報知手段）、９１…ディスプレイ（表示手段）。

Claims (6)

1. 複数の電極と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極の間に配置されたフィルタとを有し、複数の前記電極の間に電位差が付与されている状態において前記フィルタにガスを通過させることにより、ガスに含まれるミストを静電吸着力により分離するミストセパレータに適用される制御装置であって、
   複数の前記電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいて前記フィルタの目詰まり度合が所定の度合以上であるか否かを判定する判定部を備え、
   前記所定の度合として大きさの異なる複数の度合が設定されており、
   前記判定部は、前記フィルタの目詰まり度合が前記複数の度合以上であるか否かをそれぞれ判定する、
   ミストセパレータの制御装置。
2. 複数の電極と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極の間に配置されたフィルタとを有し、複数の前記電極の間に電位差が付与されている状態において前記フィルタにガスを通過させることにより、ガスに含まれるミストを静電吸着力により分離するミストセパレータに適用される制御装置であって、
   複数の前記電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいて前記フィルタの目詰まり度合が所定の度合以上であるか否かを判定する判定部を備え、
   複数の前記電極の間に電位差を付与可能な電圧発生装置には、過電流検出用の検出抵抗が設けられており、
   前記判定部は、前記検出抵抗の電圧が所定の閾値以上である場合に、前記フィルタの目詰まり度合が前記所定の度合以上である旨判定する、
   ミストセパレータの制御装置。
3. 複数の電極と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極の間に配置されたフィルタとを有し、複数の前記電極の間に電位差が付与されている状態において前記フィルタにガスを通過させることにより、ガスに含まれるミストを静電吸着力により分離するミストセパレータに適用される制御装置であって、
   複数の前記電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいて前記フィルタの目詰まり度合が所定の度合以上であるか否かを判定する判定部を備え、
   前記判定部により前記フィルタの目詰まり度合が前記所定の度合以上である旨判定された場合に、その旨を報知すべく報知手段に対して駆動信号を出力する制御部を備える、
   ミストセパレータの制御装置。
4. 複数の電極と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極の間に配置されたフィルタとを有し、複数の前記電極の間に電位差が付与されている状態において前記フィルタにガスを通過させることにより、ガスに含まれるミストを静電吸着力により分離するミストセパレータに適用される制御装置であって、
   複数の前記電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいて前記フィルタの目詰まり度合を推定する推定部を備え、
   複数の前記電極の間に電位差を付与可能な電圧発生装置には、過電流検出用の検出抵抗が設けられており、
   前記推定部は、前記検出抵抗の電圧に基づいて前記フィルタの目詰まり度合を推定する、
   ミストセパレータの制御装置。
5. 複数の電極と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極の間に配置されたフィルタとを有し、複数の前記電極の間に電位差が付与されている状態において前記フィルタにガスを通過させることにより、ガスに含まれるミストを静電吸着力により分離するミストセパレータに適用される制御装置であって、
   複数の前記電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいて前記フィルタの目詰まり度合を推定する推定部を備え、
   前記ミストセパレータは、車載内燃機関に設けられてブローバイガスに含まれるオイルミストを分離するオイルミストセパレータであり、
   前記推定部により推定される前記フィルタの目詰まり度合と、前記フィルタが当該目詰まり度合に至るまでの車載内燃機関の運転履歴とに基づいて前記フィルタの交換時期までの走行可能距離を予測する予測部を備えており、
   前記予測部により予測された前記走行可能距離を表示手段に表示させるべく前記表示手段に対して駆動信号を出力する制御部を備える、
   ミストセパレータの制御装置。
6. 複数の電極と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極の間に配置されたフィルタとを有し、複数の前記電極の間に電位差が付与されている状態において前記フィルタにガスを通過させることにより、ガスに含まれるミストを静電吸着力により分離するミストセパレータに適用される制御装置であって、
   複数の前記電極の間における電気抵抗の大きさと相関関係を有するパラメータに基づいて前記フィルタの目詰まり度合を推定する推定部を備え、
   前記ミストセパレータのケースには振動を付与する加振装置が設けられており、
   前記推定部により推定された前記フィルタの目詰まり度合に応じて前記加振装置を駆動すべく前記加振装置に対して駆動信号を出力する制御部を備える、
   ミストセパレータの制御装置。

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