JP6771368B2 - セパレーターのシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば内燃機関のブローバイガスからオイルを分離するセパレーターに関し、特に、ハウジングに取り付けられるセパレーターユニットのシール性の改良に関する。

内燃機関のブローバイガスからオイルを分離するセパレーターとして、複数のオリフィスが形成された多孔板を有するセパレーターユニットを、ガス通路が内部に形成されたハウジングの嵌合溝に差し込んで固定する構造が開示されている。

上記ハウジングのハウジング本体（ハウジング部）には、ガス通路の一部を開口するように開口部が形成され、この開口部よりセパレーターユニットをハウジング本体の嵌合溝に差し込み、開口部の周縁部にベースプレート（セパレーターカバー）を溶着することによって、セパレーターユニットを簡単にハウジング内に固定することができる。

特開２０１６−１１４０３５号公報

しかしながら、ハウジングやベースプレートとセパレーターユニットの周縁部との間に隙間が生じていると、オリフィスを通過するガス流量が低下し、ひいてはオイルの補足効率が低下して、セパレーターとしての機能の低下を招くおそれがある。

特に、セパレーターユニットの周縁部のうち、ハウジング本体の開口部に沿う部分を除く三方については、ハウジング本体に形成された嵌合溝にセパレーターユニットを隙間無く嵌め込むことでシール性を確保することが比較的容易であるものの、開口部に沿う部分では、開口部の周縁部にベースプレートが溶着されることから、仮にベースプレート側に嵌合溝を設けていても、溶着による溶け代分のスペースを確保するために、嵌合溝に隙間無く嵌め込む構造とすることが困難であり、ベースプレートとセパレーターユニットとの間に隙間を生じ易い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、セパレーターユニットをハウジング本体の開口部より嵌合溝に差し込み、開口部の周縁部にベースプレートを溶着することによりセパレーターユニットを簡単にハウジングの内部に固定することが可能な構造を採用しつつ、セパレーターユニットの周縁部のシール性を向上し、ガス漏れに起因するセパレーターの機能低下を抑制することを目的としている。

本発明は、内部にガス通路が形成されたハウジングと、上記ガス通路を遮蔽するように設けられ、複数のオリフィスが貫通形成された多孔板を有するセパレーターユニットと、を備えるセパレータのシール構造に関する。

上記ハウジングは、上記ガス通路の一部を開口するように開口部が形成されたハウジング本体と、上記開口部の周縁部に沿って上記ハウジング本体に溶着されるベースプレートと、を有している。上記ハウジング本体は、上記セパレーターユニットの周縁部が嵌合する嵌合溝と、この嵌合溝の一方の壁面と同一平面をなすように、この壁面に沿って延長形成され、その先端が上記ベースプレートに溶着される延長壁部と、を有している。上記セパレーターユニットは、上記ベースプレートに対向するプレート対向面より突出し、その先端が上記ベースプレートに溶着される溶着リブを有している。この溶着リブは、上記プレート対向面の長手方向に沿って延びる第１片部と、この第１片部の両端より折曲し、その先端が上記延長壁部に突き当てられる一対の第２片部と、を有している。

セパレーターユニットは、ハウジング本体の開口部より嵌合溝に差し込み、ベースプレートをハウジング本体の開口部に溶着することで、ハウジングの内部に簡単に固定することができる。

セパレーターユニットの周縁部のうち、ハウジング本体の開口部に沿う部分（つまり、ベースプレートに対向する部分）を除いた三方は、ハウジング本体の嵌合溝の壁面又は延長壁部に突き当てることによりシールされる。そして、ハウジング本体の開口部に沿う部分（つまり、ベースプレートに対向する部分）については、セパレーターユニットの溶着リブをベースプレートに溶着し、この溶着リブの一対の第２片部を、同じくベースプレートに溶着される延長壁部に突き当てている。従って、ハウジング本体の開口部に沿う部分についても溶着リブ及び延長壁部によりシールすることができ、セパレーターユニットの周縁部を全周にわたって確実にシールすることができる。

ここで、溶着リブと延長壁部とは共にベースプレートに溶着されるものの、溶着リブの第２片部の先端縁が延長壁部に突き当てられる構成であり、実際に突き当てられる範囲はわずかであるために、溶着リブや延長壁部の周囲に溶着による溶け代分のスペースを十分に確保することが可能であり、溶着不良を招くことはない。

また、溶着リブと延長壁部とがともにベースプレートに溶着されることから、セパレーターユニットの差し込み方向の寸法が多少ばらついても隙間を生じることがなく、寸法管理が容易である。

好ましくは、上記嵌合溝の一対の壁面のうち上記延長壁部が設けられていない他方の壁面に対向する上記セパレーターユニットの周縁部の側面には、上記他方の壁面へ向けて突出する突起部が設けられている。このような構成により、セパレーターユニットを嵌合溝に差し込んだ際に、突起部が押しつぶされるように変形することで、セパレーターユニットを、一方の嵌合溝の壁面及びこの壁面に連なる延長壁部に押し付けることができ、両者間の隙間を確実に無くしてシール性を向上することができる。

上記延長壁部は、好ましくは、上記ベースプレートに溶着される上記開口部の周縁部と接続し、一連のシールラインを構成している。このように開口部の周縁部を含めた一連のシールラインを構成することで、セパレーターユニットの周縁部のシール性を更に向上することができる。

本発明によれば、セパレーターユニットをハウジング本体の開口部より嵌合溝に差し込み、開口部の周縁部にベースプレートを溶着することで、セパレーターユニットをハウジングの内部に簡単に固定することが可能な構造を採用しつつ、セパレーターユニットの周縁部のシール性を向上し、ガス漏れに起因するセパレーターの機能低下を抑制することができる。

本発明の一実施例に係る自動車用内燃機関のオイルミストセパレーターを示す斜視図。 図１からハウジング本体を省略して示す斜視図。 同じくハウジング本体を省略して示す分解斜視図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 ベースプレートを省略し、セパレーターユニットが差し込まれたハウジング本体を開口部の側より見た下面斜視図。 比較例と実施例とについて、オイルセパレータを通流するガス流量と圧力損失との関係を示す特性図。

以下、本発明に係るセパレーターのシール構造を、自動車用内燃機関のオイルミストセパレーターに適用した実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。図１はオイルミストセパレーターを示す斜視図で、図２は図１からハウジング本体１３を省略した斜視図で、図３は同じくハウジング本体を省略した分解斜視図である。

図１〜図３を参照して、オイルミストセパレーターは、内燃機関のブローバイガス中に含まれるオイルミストを分離する機能を有するもので、内部にガス通路１１が形成されたハウジング１０と、上記ガス通路１１を遮蔽するように設けられるセパレーターユニット１２と、により大略構成されている。ブローバイガスは、ガス通路１１内を図１，図２の矢印Ｙ１の方向に沿って流れ、セパレーターユニット１２を通過する際に、ブローバイガス中に含まれるオイルミストが分離される。分離されたオイルは液滴となってハウジング１０の底壁に形成された出口通路（図示省略）を通して排出され、オイルミストが除去されたブローバイガスは内燃機関の吸気系へと戻される。

ハウジング１０は、ガス通路１１の一部を開口するように、一面（図１の下面）に開口部１４を有するチャンネル形状をなす合成樹脂製のハウジング本体１３と、開口部１４の周縁部に沿ってハウジング本体１３に振動溶着により溶着される合成樹脂製のベースプレート１５と、を有している。ハウジング本体１３は、シリンダヘッドカバーの一部として一体的に成形されるもので、図１等では要部のみを破断して描いている。なお、ハウジング本体１３をシリンダヘッドカバーと別体に構成しても良い。

ハウジング本体１３の開口部１４側（図１の下側）の端部には、両側へ張り出したフランジ部１６が設けられるとともに、このフランジ部１６の下面より突出する溶着用ビード１７が、開口部１４の周縁部に沿って延長形成されている。この溶着用ビード１７の先端が溶着されるベースプレート１５の上面には、チャンネル形状の溶着溝１８を形成するように、一対の突条１９が形成されている。一対の突条１９と溶着用ビード１７との間には、溶着時に生じる溶け代（バリ）を受ける空間が確保されている。突条１９の先端とフランジ部１６の下面との間には、振動溶着時に接触することがないように微小間隙が確保されている。

また、後述するセパレーターユニット１２が配置される部分にも、ガス通路１１を横切る方向に延びる溶着溝１８Ａ及び一対の突条１９Ａが形成されており、上記の溶着溝１８と溶着溝１８ＡとはＨ字状に連なっている。

セパレーターユニット１２は、ブローバイガスの流速を高めるための複数のオリフィス２１が貫通形成された合成樹脂製の多孔板２０と、オリフィス２１を通過することにより高速流となったブローバイガスが衝突する衝突板２６を備えた合成樹脂製のリアフレーム２５と、オイルの分離性能を高めるために衝突板２６の前面側に重ねられる繊維材３５と、から構成されている。

リアフレーム２５は、衝突板２６と一体に成形された基板２７を備える。この基板２７は、多孔板２０と同様、ガス通路１１の断面形状に対応した外郭形状を有する矩形の平坦な板状をなしている。基板２７の中央には円形の開口部２８が開口形成されている。

衝突板２６は、基板２７の開口部２８の内径と実質的に等しい外径を有する円形をなし、平坦な板状に成形されている。衝突板２６の中央には円形の通路孔３０が開口形成されている。衝突板２６は、４本の連結部３１によって基板２７に対して平行をなすように支持されており、連結部３１により基板２７から軸方向に適宜な間隔を介して離間している。断面矩形の連結部３１は、基板２７及び衝突板２６と直交する方向に延びており、一方の端部が開口部２８の開口縁に接続されており、他方の端部が衝突板２６の外周に接続されている。この４つの連結部３１により、基板２７と衝突板２６との間の円筒面に４つの連通口３２が画成されている。

繊維材３５は、基板２７の開口部２８の内径（つまり、衝突板２６の外径）と実質的に等しい外径を有する円形をなしている。繊維材３５としては、例えば、ポリエステル繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）繊維、などの繊維を用いることができ、かつ、不織布、フリース等の織物、など種々の形態のものを用いることが可能である。

多孔板２０は、基板２７と同一の外形状を有する平坦な板状をなしている。多孔板２０に開口形成された６つのオリフィス２１は、全体として円形をなすように周方向に配設されており、各オリフィス２１は、ブローバイガスの直進性を高めるために、円筒部２３によって軸方向に延長されている。円筒部２３の外周部には、断面円形の棒状をなす６本の脚部２４が一体的に形成されている。これら６本の脚部２４は、繊維材３５の外周寄りの位置に対応して周方向に並んで配置されており、複数の円筒部２３とともに、基板２７の開口部２８の領域内に配置されている。脚部２４は、多孔板２０の面と直交する方向に延びており、円筒部２３の端部からさらに突出している。この脚部２４の突出長は、基板２７と衝突板２６との間の間隔よりも僅かに短く設定されており、繊維材３５を適宜な圧縮率で圧縮し、保持できるようになっている。つまり、多孔板２０と基板２７とが重ね合わされたときに、繊維材３５に対する脚部２４の先端面の軸方向の位置が定まる。上記圧縮率は、オイルの分離性能と繊維材３５の確実な保持を考慮して設定されている。また、脚部２４間の間隔は、繊維材３５の全面を略均等に圧縮し、保持できるように設定されている。

また、多孔板２０の四隅には、対応する基板２７の位置決め用穴（図示省略）に嵌合する位置決め用突起２２が設けられている。多孔板２０の上流側の側面には、６つのオリフィス２１を囲うようにガイド壁２９が形成されている。

セパレーターユニット１２の組立状態においては、円筒部２３及び脚部２４は開口部２８内に収容されており、多孔板２０及び基板２７は外形状が一致した状態で密に接触している。円筒部２３は繊維材３５から離間して対向し、脚部２４は繊維材３５を押圧している。衝突板２６の前面に重ねられた繊維材３５は、外周が連結部３１に接触しており、これにより径方向に位置決めされている。さらに、繊維材３５は、脚部２４に押圧されることで、適宜な圧縮率で圧縮されて脚部２４と衝突板２６との間に保持されている。

図４は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図５は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図６はベースプレート１５を省略し、セパレーターユニット１２が差し込まれたハウジング本体１３を開口部１４の側より見た下面斜視図である。これらの図４〜図６を参照して、本実施例の要部をなすシール構造について説明する。

ハウジング本体１３には、セパレーターユニット１２を開口部１４より差し込む際に、このセパレーターユニット１２の周縁部が嵌合するチャンネル形状の嵌合溝３６が、開口部１４を除く三方の内壁面にわたって周方向に延長形成されている。言い換えると、嵌合溝３６の壁面を構成する一対の嵌合壁部３７，３８がハウジング本体１３の内壁面より突出形成されている。なお、ハウジング本体１３の内壁が厚肉に構成されている場合、嵌合溝３６をハウジング本体１３の内壁に凹設するようにしても良い。

嵌合溝３６に嵌合するセパレーターユニット１２の周縁部、より具体的には、多孔板２０と基板２７とを重ね合わせた部分の周縁部には、流れ方向Ｙ１に関して上流側に位置する多孔板２０の側面に、複数の突起部４１が形成されている。図２に示すように、この突起部４１は、セパレーターユニット１２を差し込む際の作業性を考慮して、セパレーターユニット１２の差し込み方向Ｙ２へ向かうに従って薄肉となる断面三角形状をなし、適宜間隔をあけて複数箇所（この実施例では５箇所）に設けられている。この突起部４１が設けられている部分のセパレーターユニット１２の周縁部の厚さは、この嵌合溝３６の対向壁面間の距離よりも所定の微小量だけ大きく設定されている。従って、セパレーターユニット１２を嵌合溝３６に圧入すると、突起部４１が圧縮変形することによって、セパレーターユニット１２の周縁部の両側面のうちで突起部４１が設けられていない平坦な側面、具体的には基板２７の側面が、これに対向する嵌合溝３６の一方の壁面（下流側の嵌合壁部３８の側面）に強く面接触し、両者間が隙間無くシールされる。

また、嵌合溝３６を構成する一対の嵌合壁部３７，３８のうち、上記基板の側面が面接触する下流側の嵌合壁部３８には、図５及び図６に示すように、開口部１４側及びガス通路１１の内側へ大きく延長形成された延長壁部４２が設けられている。この延長壁部４２は、嵌合壁部３８の壁面と同一平面をなす薄板状をなしており、その開口部１４側の先端縁４３がベースプレート１５の上面に溶着される。また図６に示すように、延長壁部４２は、開口部１４の周縁部に沿う溶着用ビード１７と接続しており、図中の一点鎖線で示す一連のシールラインＳ１を構成している。

セパレーターユニット１２の下面、つまりベースプレート１５に対向するプレート対向面４４には、下方へ向けて突出し、その先端がベースプレート１５の上面に溶着される帯状をなす溶着リブ４５が形成されている。この溶着リブ４５は、プレート対向面４４の長手方向（ガス通路を横断する方向）に沿って延びる第１片部４６と、この第１片部４６の両端より折曲し、その先端が延長壁部４２に突き当てられる一対の第２片部４７と、を有するコ字状をなしている。つまり、第２片部４７の先端縁は基板２７の側面と同一平面となっている。この溶着リブ４５は、互いに重ね合わされる多孔板２０と基板２７とに跨って形成され、互いに突き合わされる構成となっている。この実施例では、第１片部４６が多孔板２０に形成され、第２片部４７の大半が基板２７に形成されている。なお、溶着リブ４５を多孔板２０と基板２７の一方にのみ形成するようにしても良い。

このような構成によって、セパレーターユニット１２をハウジング本体１３の開口部１４より嵌合溝３６に差し込んで圧入した後、ハウジング本体１３の開口部１４の周縁部にベースプレート１５を溶着した際に、開口部１４の周縁部に設けられた溶着用ビード１７が溶着されるとともに、この溶着用ビード１７に連なる延長壁部４２も溶着され、かつ、この延長壁部４２に突き当てられる溶着リブ４５も溶着される。従って、図６の一点鎖線で示すように、溶着用ビード１７，延長壁部４２の先端縁４３及び溶着リブ４５にわたって一連のシールラインＳ１が形成されることとなり、ベースプレート１５に沿う部分に関して、セパレーターユニット１２とベースプレート１５とハウジング本体１３との隙間を完全に無くし、良好なシール性を得ることができる。

しかも、溶着リブ４５は、セパレーターユニット１２の周縁部の三方が突き当てられる嵌合壁部３８及び延長壁部４２の壁面に突き当てられているため、セパレーターユニット１２の周縁部の全周にわたってシールラインが連続する形となり、良好なシール性を得ることができる。

延長壁部４２や溶着リブ４５はベースプレート１５をハウジング本体１３の開口部１４に溶着する際に同時に溶着されるため、作業工程の追加を生じることがなく、つまり、セパレーターユニット１２を差し込んでベースプレート１５を溶着するという極めて簡単な作業工程で高いシール性を得ることができる。

溶着リブ４５は第２片部４７の先端縁が延長壁部４２に突き当てられる構成であり、その接触範囲は最小限にとどめられているために、溶着による溶け代（バリ）を受けるスペースを十分に確保することが可能であり、溶着不良を招くことがない。

また、溶着リブ４５と延長壁部４２とがともにベースプレート１５に溶着されることから、セパレーターユニット１２の差し込み方向Ｙ２の寸法が多少ばらついても隙間を生じることがなく、寸法管理が容易である。

図７は、溶着リブや延長壁部を設けていない比較例と上記実施例とについて、オイルセパレータを通流するガス流量を大小変化させて圧力損失を測定し、その結果をまとめて示したものである。図示するように、上記実施例では、比較例に比べて約２０％圧力損失が大きく、つまりシール性が高く漏れが改善されていることが確認された。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限られず、種々の変更が可能である。例えば、本発明は、シリンダヘッドカバーの内部に設けられたオイルミストセパレータに限らず、内燃機関の他の部位に配置されたオイルミストセパレータの他、気体と液体とを分離する様々なセパレータに広く適用可能である。

１０…ハウジング
１１…ガス通路
１２…セパレーターユニット
１３…ハウジング本体
１４…開口部
１５…ベースプレート
３６…嵌合溝
４１…突起部
４２…延長壁部
４５…溶着リブ
４６…第１片部
４７…第２片部

Claims (3)

1. 内部にガス通路が形成されたハウジングと、
   上記ガス通路を遮蔽するように設けられ、複数のオリフィスが貫通形成された多孔板を有するセパレーターユニットと、を備えるセパレータのシール構造において、
   上記ハウジングは、上記ガス通路の一部を開口するように開口部が形成されたハウジング本体と、上記開口部の周縁部に沿って上記ハウジング本体に溶着されるベースプレートと、を有し、
   上記ハウジング本体は、上記セパレーターユニットの周縁部が嵌合する嵌合溝と、
   この嵌合溝の一方の壁面と同一平面をなすように、この壁面に沿って延長形成され、その先端が上記ベースプレートに溶着される延長壁部と、を有し、
   上記セパレーターユニットは、上記ベースプレートに対向するプレート対向面より突出し、その先端が上記ベースプレートに溶着される溶着リブを有し、
   この溶着リブは、上記プレート対向面の長手方向に沿って延びる第１片部と、この第１片部の両端より折曲し、その先端が上記延長壁部に突き当てられる一対の第２片部と、を有することを特徴とするセパレーターのシール構造。
2. 上記嵌合溝の一対の壁面のうち上記延長壁部が設けられていない他方の壁面に対向する上記セパレーターユニットの周縁部の側面には、上記他方の壁面へ向けて突出する突起部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセパレーターのシール構造。
3. 上記延長壁部は、上記ベースプレートに溶着される上記開口部の周縁部と接続し、一連のシールラインを構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載のセパレーターのシール構造。

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