WO2016035204A1

WO2016035204A1 - オイルセパレータ

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Publication number: WO2016035204A1
Application number: PCT/JP2014/073517
Authority: WO
Inventors: 耕作石田; 毅八百; 佳孝渡辺
Original assignee: 東京濾器株式会社
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2016-03-10

Abstract

　本発明の目的は、処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離するに際し、分離効率を高めることにある。　この目的を達成するため、本発明では、処理対象ガス（ブローバイガス）からミスト状オイルを分離するローター３１を用いる。このローター３１は、錐台形状の板状部材とされた複数枚の分離ディスク３４が積層された分離ディスク群を備える。ローター３１の回転中心側に形成された内周側空間（取付開口３４ａによって形成される中空部分）にはオイル導入部（スピンドル３２の上端と上側シール部材４２の隙間）が配置される。オイル導入部から洗浄用オイルを導入させると共に内周側空間に処理対象ガスを導入し、処理対象ガスをオイル導入部から導入されたオイルと共に分離ディスク同士の隙間へ流入させ、分離ディスク群の外周縁から外方へ向けて放出させる。放出させたオイルを、ローター３１の外周を囲む状態に設けられた筒状壁部（区画部材２８の外周部４３）に衝突させる。

Description

オイルセパレータ

　本発明は、処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離するオイルセパレータに関する。

　処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離するオイルセパレータが知られている。例えば、特許文献１に記載のオイルセパレータは、ガスの流入口と排出口との間に設けられたローターにより、ミスト状オイルを遠心力によってガスから分離している。このローターは複数枚の分離ディスクを積層したものである。この分離ディスクは、上側が大径となるように外周側部分を斜め上方へ屈曲させた、円錐台形状の板状部材によって構成されている。分離ディスクの内周側部分には、板厚方向を貫通する開口が形成されている。このため、ローターの内周側部分には空間が形成されている。

　このオイルセパレータでは、処理対象ガスであるクランクケースガス（ブローバイバス）をローターの内周側の空間に導入している。そして、この空間に導入したクランクケースガスを、高速で回転している分離ディスク同士の隙間を通じてローターの外周側へと流し、この隙間内でミスト状オイルを凝集させ、クランクケースガスから分離している。

特表２００３－５１３７９２号公報

　前述のオイルセパレータでは、分離ディスクの高速回転に伴って分離ディスクの表面に形成される境界層に、クランクケースガスに含まれるオイルミストが取り込まれる。そして、境界層に取り込まれたオイルミストは、同様にして取り込まれた他のオイルミストと、分離ディスクの表面で合体して凝集される。クランクケースガスに含まれるオイルミストは極めて少ない量であることから、ミスト状オイルの分離効率を高めるためには、分離ディスクの直径を大きくして多くのオイルミストを取り込む必要がある。分離ディスクの大径化に伴い、オイルセパレータが大型化してしまうという問題が生じる。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離するに際し、分離効率を高めることにある。

　前述の目的を達成するため、本発明は、処理対象ガスからミスト状オイルを分離するオイルセパレータであって、円錐台形状の板状部材とされた分離ディスクがスピンドルの軸線方向に複数枚積層された分離ディスク群を備え、前記スピンドルの軸線を中心に回転されるローターと、前記ローターの回転中心側に形成され、前記処理対象ガスが流入される内周側空間と、前記内周側空間に配置され、オイルを導入するオイル導入部と、前記ローターを収容可能な収容室を区画するハウジングと、前記ハウジングと前記ローターの間に形成された外周側空間に、前記ローターを囲む状態で設けられた筒状壁部を有することを特徴とする。

　本発明に係るオイルセパレータによれば、ローターの内周側空間に導入された処理対象ガスと内周側空間内に導入されたオイルとが共に、分離ディスク同士の間に形成された隙間に流入される。この隙間内において、オイルは分離ディスクの表面にオイル膜を形成し、処理対象ガスに含まれるオイルミストがオイル膜に取り込まれる。ここで、オイル膜は、オイルミストと同質のオイルで作成されていることから、分離ディスクよりもオイルミストとの親和性が高い。このため、オイル膜は、オイルミストを効率よく取り込むことができる。オイルミストを取り込んだオイルは、ローターの外周縁から外側へ放出される。放出されたオイルは、ローターを囲む状態で設けられた筒状壁部の内壁面に衝突してオイル膜となり、この内壁面を旋回しながら流下する。このように、ローターから放出されたオイルを筒状壁部の内壁面で旋回させているので、新たに放出されたオイルも内壁面のオイル膜に取り込まれる。これにより、取り込まれたオイルミストの再飛散を抑制でき、オイルミストの分離効率を高めることができる。

　前述のオイルセパレータにおいて、前記筒状壁部の内壁面には、当該内壁面の上下方向に延びるリブ又は溝で構成されるオイル案内部が設けられていることが好ましい。この構成では、ローターから放出されて筒状壁部の内壁面に沿って旋回するオイルを、オイル案内部によって下方へ積極的に案内できる。これにより、オイルミストを取り込んだオイルを確実に排出させることができる。

　前述のオイルセパレータにおいて、前記筒状壁部の上端には、当該筒状壁部の上端に沿って移動するオイルを捕集してオイル滴にするための突起部が設けられていることが好ましい。この構成では、ローターから放出されて筒状壁部の上端に沿って移動するオイルを突起部によって凝集させ、一定以上の大きさのオイル滴として放出することが可能となる。これにより、取り込まれたオイルミストの再飛散を抑制でき、オイルミストの分離効率を高めることができる。

　前述のオイルセパレータにおいて、前記収容室と当該収容室よりも下方に区画される下側空間とを区画し、前記下側空間に導入された前記処理対象ガスを前記ローターの前記内周側空間に誘導する筒状の誘導筒部を有することが好ましい。この構成では、誘導筒部によってブローバイガスをローターの内周側空間へと確実に流入させることができる。

　前述のオイルセパレータにおいて、前記筒状壁部と前記誘導筒部とは、下端同士がリング状の接続部を介して接続され、前記接続部には、ローターの回転方向における後方側が前記接続部の上面側に開口され、前方側が前記接続部の下面側に開口されたトンネル状の廃液部が形成されていることが好ましい。この構成では、筒状壁部を流下して接続部に到達したオイルが、ローターの回転で生じた風によって廃液部に押し込まれる。これにより、接続部まで流下したオイルを効率よく排出することができる。

　前述のオイルセパレータにおいて、前記スピンドルにおける前記分離ディスクよりも下側の周面から突設され、オイルの噴射によって前記スピンドルを回転させるノズルと、前記スピンドルを回転可能に支持すると共に、前記オイルを供給するためのオイル供給路が内部に形成されたスピンドルシャフトを備え、前記オイル導入部は、前記スピンドルと前記スピンドルシャフトの隙間によって構成され、前記オイル供給路に供給された前記オイルの一部を前記ノズルから噴射させ、かつ、前記オイルの他の一部を前記オイル導入部から前記ローターの前記内周側空間へ導入させることが好ましい。この構成では、オイル供給路に供給されたオイルを、スピンドルを回転させるための動力として使用すると共にオイルミストの分離にも使用できる。

　本発明に係るオイルセパレータによれば、処理対象ガスに含まれるミスト状オイルをガスから分離するに際し、分離効率を高めることができる。

閉鎖型クランクケース換気システムを示す概略図である。オイルセパレータの正面図である。オイルセパレータの平面図である。オイルセパレータの全体を右側から見た縦断面図である。オイルセパレータの下側部分を右側から見た縦断面図である。オイルセパレータのローター部分を正面側から見た縦断面図である。オイルセパレータの中間部分を、図４のＶＩＩ－ＶＩＩの位置で切断した横断面図である。オイルセパレータの内部構造を説明する斜視図である。ＰＣＶバルブの近傍を拡大して示す縦断面図である。ローターの内周側に形成された内周側空間、及び、分離ディスク同士の間に形成された分離空間を説明する部分拡大断面図である。分離ディスク表面に形成されるオイル膜とブローバイガスの流れを説明する図である。オイルミストの取り込みを模式的に説明する図である。区画部材の外周部についての第１変形例を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。区画部材の外周部についての第２変形例を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。区画部材の外周部についての第３変形例を説明する斜視図である。ドレン孔に代えて設けられる廃液部を説明する図であり、（ａ）は廃液部付近の断面図、（ｂ）は廃液部の縦断面図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、閉鎖型クランクケース換気システム１（以下、換気システム１という。）を例に挙げて説明する。

　図１に示すように、換気システム１は、オイルセパレータ２とブリーザーパイプ３とを有する。オイルセパレータ２は、エンジン４から排出されたブローバイガス（クランクケースガス，ミスト状オイルを含有する処理対象ガスに相当する。）を処理し、ミスト状オイルを分離する。本実施形態において、オイルセパレータ２はエンジン４の側面に取り付けられている。ブリーザーパイプ３は、オイルセパレータ２から排出された処理後のブローバイガスを、エンジン４の吸気側流路に還元するための流路を区画する。

　この換気システム１において、ブローバイガスは、ガス導出管５を通じてエンジン４から導出され、オイルセパレータ２へと導入される。そして、ブローバイガスに含まれるミスト状オイルは、オイルセパレータ２の内部でエンジン４から供給されたオイルに取り込まれ、このオイルと共にエンジン４へと戻される。一方、ミスト状オイルが除去された処理後のブローバイガスは、オイルセパレータ２から排出された後、ブリーザーパイプ３を通じて吸気側流路６に還元される。具体的には、吸気側流路６におけるエアフィルタ７とターボチャージャー８とを接続する部分に還元される。還元されたブローバイガスは、エアフィルタ７からの新鮮な空気と混合され、ターボチャージャー８で圧縮される。その後、ブローバイガスは、チャージクーラー９で冷却されて、エンジン４に供給される。

　次に、オイルセパレータ２について説明する。図２及び図３に示すように、このオイルセパレータ２では、下側ケース１２と上側ケース１３を備えるハウジング１１を有している。そして、ハウジング１１の内部空間に、ローターユニット、区画部材、ＰＣＶバルブ（何れも後述する）等が配置されている。

　図２に示すように、下側ケース１２は、ハウジング１１における下側部分を区画する部分であり、上面が開放された有底の箱状部材によって構成されている。そして、下側ケース１２の上端部には円形の嵌合部１４が設けられており、上側ケース１３の下端部１５と嵌め合わされる。これにより、下側ケース１２と上側ケース１３が気密状態で接続される。図４に示すように、下側ケース１２の背面には連通筒部１６が後方に向けて設けられている。この連通筒部１６は、オイルセパレータ２で使用されたオイルの出口となる筒状部材である。このため、連通筒部１６の内部空間は、エンジン４の内部空間に連通されている。図２及び図３に示すように、連通筒部１６の先端部には、エンジン４の側面に結合されるフランジ１７が設けられている。下側ケース１２の左側上部には、左側方に向けて吸入パイプ１８が突設されている。

　この吸入パイプ１８にはガス導出管５が接続されている。エンジン４からのブローバイガスは、エンジン４の吸気圧力やクランクケース側の圧力により、ガス導出管５から吸入パイプ１８を通ってオイルセパレータ２の内部に導入される。このとき、ＰＣＶバルブにより、エンジン４の吸気圧力やクランクケース側の圧力が適切に調整される。そして、吸入パイプ１８はガス導入部として機能する。

　図２及び図４に示すように、下側ケース１２の底面には、オイル案内パイプ１９のジョイント部２０が臨んでいる。このジョイント部２０は、図１に示すオイル供給パイプ２１の一端に接続されている。オイル供給パイプ２１は、エンジン４から送出されたオイルをオイル案内パイプ１９へ供給するためのものである。オイル案内パイプ１９へ供給されたオイルは、後述するように、ローターユニットが有するノズルから噴射され、ローターユニットを回転させるための動力として用いられる。便宜上、以下の説明において、ノズルから噴射されたオイルのことを動力用オイルともいう。この動力用オイルは、エンジン４で用いられている潤滑オイルの一部であることから、８０～１１０℃位の温度になっている。

　図２に示すように、上側ケース１３は、下側ケース１２に上方から取り付けられる部材である。この上側ケース１３は、天井部分を有する円筒状の本体カバー２２と円盤状の上面カバー２３とを有している。本体カバー２２は下側ケース１２に対して気密状態で取り付けられている。上面カバー２３は、本体カバー２２の上端部に気密状態で取り付けられている。また、図３にも示すように、上面カバー２３の中心部には、円筒状のガス排出部２４が上方に向けて突設されている。ガス排出部２４は、処理後のブローバイガスを排出する部分である。このガス排出部２４には、Ｌ字状に屈曲された出口パイプ２５を介して、前述したブリーザーパイプ３が接続される。

　次に、図４を参照し、オイルセパレータ２の内部構造について説明する。なお、図４において、左側はオイルセパレータ２の前側に相当し、同じく右側はオイルセパレータ２の後側に相当する。図４に示すように、ハウジング１１の内部には、ＰＣＶバルブ２６、ローターユニット２７、及び区画部材２８が配設されている。そして、ＰＣＶバルブ２６は、ハウジング１１における上部に配設されている。具体的には、ＰＣＶバルブ２６は、本体カバー２２と上面カバー２３の間に、上面カバー２３に覆われた状態で取り付けられている。ローターユニット２７は、ハウジング１１における上下方向の中間部分に配設されている。具体的には、ローターユニット２７は、本体カバー２２によって区画される内部空間（ローター３１を収容する収容室に相当する）に、回転可能な状態で配設されている。区画部材２８は、ローターユニット２７を構成するローター３１の直下に配設されている。この区画部材２８は、鍔部４４が上側ケース１３の下端部１５と下側ケース１２の嵌合部１４に挟持された状態で位置決めされている。

　次に、図５を参照し、下側ケース１２の内部構造について説明する。なお、図５においても、左側はオイルセパレータ２の前側に相当し、右側はオイルセパレータ２の後側に相当する。図５に示すように、下側ケース１２の後部には連通筒部１６が一体に設けられており、下側ケース１２の内部空間と連通筒部１６の内部空間とが連通されている。下側ケース１２の底面は、連通筒部１６に向かって下り傾斜されている。そして、下側ケース１２の底面から上方に向かって円筒状のオイル案内パイプ１９が設けられている。オイル案内パイプ１９の下端にはジョイント部２０が設けられており、オイル案内パイプ１９の上端は固定フレーム２９によって固定されている。固定フレーム２９は、嵌合部１４の内周側に取り付けられた枠体であり、嵌合部１４の内周面に沿った形状の枠部と、枠部の内側に十字状に設けられた十字部とを有している。そして、オイル案内パイプ１９の上端は、十字部における交差部分に空けられた貫通孔２９ａに挿入されている。

　なお、図５には描かれていないが、吸入パイプ１８は、嵌合部１４の直下の高さで下側ケース１２の左側面に設けられている。そして、下側ケース１２の内部空間と吸入パイプ１８の内部空間とが連通されている。このため、ブローバイガスは、エンジン４から下側ケース１２の内部空間へ吸入される。また、ノズル３８から噴射された動力用オイルは、区画部材２８が有するテーパー部４５の内壁面に吹き付けられる。この動力用オイルは、テーパー部４５の内壁面や下側ケース１２の内壁面に沿って流下する。その際、動力用オイルは、下側ケース１２の内部空間に吸入されたブローバイガスと接触する。動力用オイルとの接触により、ブローバイガスに含まれているオイルミストの一部は、ブローバイガスから動力用オイルへと取り込まれる。その結果、ブローバイガスに含まれるオイルミストが減少する。

　従って、下側ケース１２の内部空間は、ローター３１の収容室（本体カバー２２の内部空間）よりも下方に位置する下側空間に相当する。そして、下側ケース１２の内部空間では、ノズルから噴射された動力用オイルが流下されると共にエンジン４からのブローバイガスが導入され、ブローバイガスと動力用オイルとが接触してオイルミストがブローバイガスから一次分離される。このため、下側ケース１２の内部空間は、ミスト状オイルを一次分離する一次分離空間ＳＰ３にも相当する。

　また、ノズル３８から噴射された動力用オイルは、その温度が８０～１１０℃と高くなるため、オイルセパレータ２を下側ケース１２の側から加温する。これにより、寒冷地での使用であっても、凍結等によるオイルセパレータ２の動作不具合の発生を抑えることができる。

　次に、図６及び図７を参照し、ローターユニット２７について説明する。このローターユニット２７は、ブローバイガスに含まれるミスト状オイルを分離するための機構であり、ローター３１、スピンドル３２、及びスピンドルシャフト３３を有している。

　図６に示すように、ローター３１は、ブローバイガスからオイルミストを分離する部分であり、複数枚の分離ディスク３４、上部ホルダ３５、及び下部ホルダ３６を有している。分離ディスク３４は、外周側部分が外周へ向かうに連れて下り傾斜された、平面視円形状若しくは多角形状の板材である。言い換えれば、分離ディスク３４は、円錐台形状若しくは角錐台形状に加工された板材である。

　本実施形態の分離ディスク３４は、直径が８０～１２０ｍｍ、厚みが０．３～０．４ｍｍであって平面視円形状であり、樹脂の成型によって作製されている。これらの分離ディスク３４は、スピンドル３２の軸線方向に積層されて分離ディスク群を構成している。なお、説明の都合上、分離ディスク３４同士の間隔を空けて描いているが実際の間隔は極めて狭く、例えば１ｍｍ以下に定められている。

　円錐台の上底部分に相当する分離ディスク３４の中心側部分には、取付開口３４ａが設けられている。図７に示すように、本実施形態の取付開口３４ａは、平面視八角形状の空部であり、上部ホルダ３５が備えるディスク保持部３５ａが挿入される。複数枚の分離ディスク３４にディスク保持部３５ａが挿入されると、取付開口３４ａにより、ローター３１に中空部分（内周側空間ＳＰ１）が形成される。また、外周側部分の表面には、積層された分離ディスク３４同士の隙間（二次分離空間ＳＰ２）を確保するためのリブ３４ｂが、放射方向に１６本、等角度間隔で形成されている。このリブ３４ｂにより、分離ディスク３４同士の隙間が確実に確保され、この隙間とローター３１の中空部分とが互いに連通される。

　図６に示すように、上部ホルダ３５は、積層された複数枚の分離ディスク３４を上側から保持する部材であり、下部ホルダ３６は、同じく下側から保持する部材である。そして、上部ホルダ３５における回転中心部には、下方に向けてディスク保持部３５ａが設けられている。このディスク保持部３５ａは、ローター３１の回転中心から放射方向に形成された８枚の板状部材３５ｂによって構成されている。そして、各板状部材３５ｂの側縁が、分離ディスク３４に設けられた取付開口３４ａの各頂点に接している。下部ホルダ３６の外周縁には、上部ホルダ３５と連結するための連結アーム３７が複数本設けられている。本実施形態では、４本の連結アーム３７が周方向に９０度間隔で設けられている。連結アーム３７の上端を上部ホルダ３５に接合することで、複数枚の分離ディスク３４、上部ホルダ３５、及び下部ホルダ３６が一体化される。

　このローター３１は、円筒状の外観をしており、回転中心となる内周側が中空部分とされて上下方向に貫通している。この中空部分にはスピンドル３２が挿入されており、スピンドル３２とローター３１とは互いに結合されている。本実施形態では、ディスク保持部３５ａを構成する８枚の板状部材３５ｂがスピンドル３２の周面に接合されることで、スピンドル３２とローター３１が結合されている。そして、ディスク保持部３５ａは、各分離ディスク３４の取付開口３４ａに挿入されている。これによりローター３１は、スピンドル３２と共にスピンドル３２の軸線を中心に回転する。

　スピンドル３２におけるローター３１よりも下側の周面からはノズル３８が突設されている。このノズル３８は、スピンドルシャフト３３を通じて供給されたオイルを噴射する部分であり、スピンドル３２やローター３１を回転させるための駆動力を発生させる。本実施形態において、ノズル３８は、基端がスピンドル３２に接合され、先端が塞がれた円筒状のノズル本体３８ａと、ノズル本体３８ａの先端部に設けられた噴射口３８ｂとを有している。ノズル本体３８ａは、スピンドル３２の軸線方向に対して下向き斜め４５度の角度で取り付けられている。そして、３本のノズル本体３８ａが周方向に１２０度間隔で設けられている。また、噴射口３８ｂは、ノズル本体３８ａにおける先端部の側面に設けられている。詳しくは、噴射口３８ｂは、ノズル本体３８ａの軸線方向と直交する向きであって、オイルが水平方向に噴射される向きに設けられている。

　スピンドルシャフト３３は、スピンドル３２の軸受けとなる円柱状部材であり、スピンドル３２を回転可能な状態で支持する。スピンドルシャフト３３の内側には、オイルを供給するための第１オイル供給路３９が形成されている。また、スピンドルシャフト３３の下端は、オイル案内パイプ１９の上端と接合されている。前述したように、オイル案内パイプ１９のジョイント部２０には、オイル供給パイプ２１が接続されている。このため、オイル供給パイプ２１を通じて供給されたオイルは、オイル案内パイプ１９を通った後に第１オイル供給路３９へ流入する。

　スピンドル３２とスピンドルシャフト３３の間には、上下を塞がれた状態で隙間が形成されている。この隙間が第２オイル供給路４０となっている。第２オイル供給路４０は、第１オイル供給路３９やノズル３８と連通されており、第１オイル供給路３９から供給されたオイルで満たされる。そして、第２オイル供給路４０に供給されたオイルの一部は、ノズル本体３８ａに流入した後、動力用オイルとして噴射口３８ｂから噴射される。

　ここで、第２オイル供給路４０の下端は、筒状の下側シール部材４１によってシールされている。同様に、第２オイル供給路４０の上端は、筒状の上側シール部材４２によってシールされている。そして、オイル圧力の上昇に伴い、これらの下側シール部材４１及び上側シール部材４２とスピンドル３２との隙間からは、少量のオイルが漏出される。本実施形態では、約２０００Ｇの遠心力が発生する速度でローター３１を回転させた場合に、５０～２００ｍＬ／ｍｉｎ程度のオイルが、スピンドル３２の上端と上側シール部材４２の隙間から、ローター３１の中空部分（内周側空間ＳＰ１）に導入される。便宜上、以下の説明では、第２オイル供給路４０の上端からローター３１の中空部分に導入されたオイルを、洗浄用オイルともいう。

　ローター３１の中空部分に導入された洗浄用オイルは、この中空部分やスピンドル３２の外表面を流下し、ディスク保持部３５ａの各板状部材３５ｂの表面に沿って外周側に拡がる。外周側に拡がった洗浄用オイルは、取付開口３４ａの縁から分離ディスク３４同士が形成する隙間（二次分離空間ＳＰ２）へ流入される。そして、この隙間に流入した洗浄用オイルは、分離ディスク３４の表面に沿って外周側に拡がり、分離ディスク３４の外周縁から外側に放出される。

　このように、第２オイル供給路４０の上端、詳しくは、スピンドル３２の上端と上側シール部材４２の隙間は、第２オイル供給路４０に供給されたオイルの一部を洗浄用オイルとして導入するオイル導入部に相当する。そして、この洗浄用オイルも、その温度が８０～１１０℃と高いので、ローター３１及びその近傍を内部から加温する。これにより、寒冷地での使用であっても、凍結等によるオイルセパレータ２の動作不具合の発生を抑えることができる。

　次に、区画部材２８について説明する。区画部材２８は、ローター３１とノズル３８の間に配置され、ハウジング１１の内部空間を下側ケース１２の内部空間（一次分離空間ＳＰ３）と上側ケース１３の内部空間とに区画し、かつ、下側ケース１２のブローバイガスをローター３１の中空部分（内周側空間ＳＰ１）へ案内する流路を形成する部材である。

　図６及び図８に示すように、区画部材２８は、外周部４３と鍔部４４とテーパー部４５とを有しており、樹脂の成形によって作成されている。外周部４３は、本体カバー２２（ハウジング１１）とローター３１の間に形成された空間（外周側空間）に、ローター３１を囲む状態で設けられた円筒状の部分であり、筒状壁部に相当する。この外周部４３には、斜め上下方向に細長いスリット４３ａが形成されている。このスリット４３ａは、連通部に相当し、外周部４３よりもローター３１側の空間と外周部４３よりも本体カバー２２側の空間を連通する。外周部４３における高さ方向の途中には、鍔部４４が側方に張り出している。前述したように、この鍔部４４は、区画部材２８を位置決めする部分であり、上側ケース１３の下端部１５と下側ケース１２の嵌合部１４に挟持されている。

　図６に示すように、テーパー部４５は、外周部４３の内周側に設けられており、外周部４３の下端から上方に向けて次第に縮径されたテーパー形状をしている。このテーパー部４５は誘導筒部に相当するものであり、テーパー部４５の上端開口４５ａはローター３１の下端における面方向中心部に対して、下側から近接して配置されている。そして、テーパー部４５の内周側であって上端開口４５ａの下方には、スピンドル３２の下端部、スピンドルシャフト３３の下端部、ノズル３８、及び、固定フレーム２９が配置されている。

　次に、ＰＣＶバルブ２６について説明する。図９に示すように、ＰＣＶバルブ２６は、ダイヤフラム４６と、上側スプリング４７と、下側スプリング４８を備えている。

　ダイヤフラム４６は、円盤状の弁体であり、ゴムと樹脂を成形することで作製されている。上側スプリング４７及び下側スプリング４８は、ダイヤフラム４６を上下方向に移動可能な状態で支持するための弾性部材である。すなわち、上側スプリング４７はダイヤフラム４６の上方に配置され、下側スプリング４８はダイヤフラム４６の下方に配置されている。そして、これらの上側スプリング４７と下側スプリング４８によってダイヤフラム４６を挟み、移動可能な状態で支持している。

　ダイヤフラム４６は、エンジン４の吸気側圧力やクランクケースの内圧に応じて上下方向に移動し、ブローバイガスの流れを調整する。すなわち、ダイヤフラム４６は、エンジン４の吸気圧力（負圧）が過度に大きい場合にはブローバイガスの排出側（上方）に移動し、クランクケース側の圧力が高い場合には反対側（下方）に移動する。これにより、ブローバイガスの流量が適切に調整される。また、エンジン４（クランクケース）の圧力も適切に調整される。

　次に、以上のように構成されたオイルセパレータ２によるブローバイガスからのオイルミストの分離について説明する。

　このオイルセパレータ２では、エンジン４から供給されたオイル（潤滑オイルの一部）を動力にしてローター３１を回転させる。すなわち、オイル供給パイプ２１を通じて供給されたオイルは、オイル案内パイプ１９を通った後にスピンドルシャフト３３の第１オイル供給路３９へ流入する。その後、オイルの一部は、第２オイル供給路４０を通った後、図１０に符号Ｆ１の矢印で示すように、動力用オイルとしてノズル３８から噴射される。また、エンジン４から供給されたオイルの他の一部は、洗浄用オイルとして、第２オイル供給路４０を通った後、符号Ｆ２の矢印で示すように、第２オイル供給路４０の上端（オイル導入部）からローター３１の中空部分（内周側空間ＳＰ１）へ導入される。

　このように、このオイルセパレータ２では、エンジン４から供給されたオイルをノズル３８から噴射させたり、第２オイル供給路４０の上端からローター３１の中空部分に導入させたりしている。前述したように、エンジン４の運転によってオイルの温度が８０～１１０℃まで上昇するので、オイルセパレータ２の温度も上昇し、ローター３１における水分の凍結も防止できる。

　エンジン４からのブローバイガスは、エンジン４の吸気に伴って下側ケース１２の内部空間へ導入される。一方、ノズル３８から噴射された動力用オイルは、前述したように、区画部材２８の内壁面に吹き付けられた後、符号Ｆ３の矢印で示すように、区画部材２８の内壁面及び下側ケース１２の内壁面に沿って流下する。これにより、ブローバイガスが動力用オイルに接触し、ブローバイガスに含まれているオイルミストの一部が動力用オイルへと取り込まれる。すなわち、オイルミストの一次分離が行われる。

　オイルミストが一次分離されたブローバイガスは、符号Ｆ１１の矢印で示すように、エンジン４の吸気に伴ってテーパー部４５（誘導筒部）の内側空間を上昇し、ローター３１の下端における面方向中心部に案内される。そして、ブローバイガスは、ローター３１の中空部分（内周側空間ＳＰ１）に流入される。このように、テーパー部４５によってブローバイガスをローター３１の中空部分へ誘導しているので、ブローバイガスをローター３１の中空部分へと確実に流入させることができる。

　この中空部分では、ローター３１が高速で回転していることから、符号Ｆ４の矢印で示すように、導入された洗浄用オイルがディスク保持部３５ａを構成する板状部材３５ｂの表面に沿って拡がり、取付開口３４ａの縁部から分離ディスク３４同士の隙間（二次分離空間ＳＰ２）に流入される。ブローバイガスもまた、符号Ｆ１２の矢印で示すように、取付開口３４ａの縁部から分離ディスク３４同士の隙間（二次分離空間ＳＰ２）に流入される。

　図１１に示すように、分離ディスク３４同士の隙間に流入された洗浄用オイルは、ローター３１が高速回転されていることから、分離ディスク３４の表面全体に均等に拡がる。そして、符号Ｆ１３の矢印で示すように、ブローバイガスは、分離ディスク３４の表面に形成されたオイル膜ＯＦに接触しながら流れる。これにより、図１２に拡大して示すように、オイル膜ＯＦの表面に境界層ＢＬが形成される。そして、ブローバイガスは、符号Ｆ１３の矢印で示すように、境界層ＢＬの表面側を分離ディスク３４の外周縁に向かって流れるが、その際、符号Ｆ５の矢印で示すように、ブローバイガスに含まれるオイルミストが境界層ＢＬに取り込まれる。境界層ＢＬに取り込まれたオイルミストは、符号ＣＦで示す遠心力によって移動し、オイル膜ＯＦに合体する。

　ここで、オイルミストは、オイル膜ＯＦ（洗浄用オイル）と同じく潤滑オイルを由来としている。このため、オイルミストは、分離ディスク３４よりもオイル膜ＯＦに対して高い親和性（ぬれ性）を有する。これにより、オイル膜ＯＦの表面に形成される境界層ＢＬは、分離ディスク３４の表面に形成される境界層ＢＬよりも、効率よくオイルミストを取り込むことができる。その結果、分離ディスク３４を小径に構成しても高い分離効率を得ることができ、ひいてはオイルセパレータ２を小型化することができる。

　また、このオイルセパレータ２では、オイルミストの分離と共に、潤滑オイルに含まれる水を揮発させることもできる。すなわち、分離ディスク３４の表面に形成されたオイル膜ＯＦに関し、洗浄用オイルの温度が８０～１１０℃と高温であることから、オイル膜ＯＦの温度も水分を揮発させるために十分な温度域になる。また、多数枚積層された分離ディスク３４によってオイル膜ＯＦも密に形成されていることから、オイル膜ＯＦの温度を保持できる。さらに、オイル膜ＯＦが分離ディスク３４の表面全体に形成されていることから、水分を効率よく揮発させるために十分な面積が確保されている。これらの理由から、潤滑オイルに含まれる水を効率よく揮発させることができる。これにより、潤滑オイルにエマルジョンが生じる不具合を抑制できる。

　図１１に符号Ｆ６の矢印で示すように、オイルミストを取り込んだ洗浄用オイルは、分離ディスク３４の外周縁から外側に放出される。放出された洗浄用オイルは、区画部材２８の外周部４３に衝突し、この外周部４３の内壁面に沿って旋回しながら流下する。これにより、外周部４３の内壁面にもオイル膜が形成される。そして、放出された洗浄用オイルがオイル膜に取り込まれることでも、ブローバイガスに含まれるオイルミストが捕捉され、かつ、捕捉したオイルミストの再飛散が防止される。

　そして、外周部４３の下端まで達すると、洗浄用オイルは、区画部材２８の底部に形成されたドレン孔４９（図１０を参照）を通じ、下側ケース１２の内部空間（一次分離空間ＳＰ３）に排出される。前述したように、下側ケース１２の内部空間には動力用オイルが流れているので、洗浄用オイルは動力用オイルと混ざる。そして、動力用オイルと洗浄用オイルは、取り込んだオイルミストと一体になって連通筒部１６を通ってエンジン４に戻される。

　また、本実施形態において、区画部材２８の外周部４３にはスリット４３ａ（連通部）が設けられている。このスリット４３ａにより、外周部４３よりもローター３１側の空間と外周部４３よりも本体カバー２２側の空間が連通されている。これにより、外周部４３よりもローター３１側の空間にオイルを溜まり難くすることができる。

　大排気量のエンジン４等において吸引力が過度に強くなると、下側ケース１２の内部空間からオイルの排出経路を逆流して、ブローバイガスが流れてしまう虞がある。ここで、区画部材２８の外周部４３にスリット４３ａが設けられていない場合、ブローバイガスは、区画部材２８のドレン孔４９から逆流し、区画部材２８の外周部４３とローター３１の空間を上昇する。その際、区画部材２８の外周部４３とローター３１の空間にオイルが溜まっていると、このオイルの中を通過する際に、ブローバイガスがオイルをミスト状オイルとして取り込んでしまう虞がある。

　一方、本実施形態のように、区画部材２８の外周部４３にスリット４３ａが設けられている場合、ローター３１から放出された洗浄用オイルの一部は、スリット４３ａを通過して本体カバー２２と外周部４３の空間に排出される。これにより、区画部材２８の外周部４３とローター３１の空間には洗浄用オイルが溜まり難くなる。その結果、洗浄用オイルがブローバイガスに取り込まれ難くなり、ブローバイガスからのオイルミストの分離性能を高めることができる。

　一方、オイルミストが除去された処理後のブローバイガスは、分離ディスク３４の外周縁から外側に排出されると、符号Ｆ１４の矢印で示すように、エンジン４からの吸気によってハウジング１１の内部を上昇する。ここで、洗浄用オイルや動力用オイルによってオイルセパレータ２の内部が加温されているため、オイル膜ＯＦから揮発した水分は結露せずにブローバイガスと共に移動する。そして、処理後のブローバイガスは、オイル膜ＯＦから揮発した水分とともに、ＰＣＶバルブ２６、ガス排出部２４、及び出口パイプ２５を通過してオイルセパレータ２から排出される。その後、処理後のブローバイガスは、ブリーザーパイプ３を通じて吸気側流路６に還元される。

　このように、本実施形態のオイルセパレータ２によれば、洗浄用オイルによって分離ディスク３４の表面にオイル膜ＯＦを形成しているので、ブローバイガスから効率よくオイルミストを分離することができる。また、ローター３１を囲む状態で区画部材２８の外周部４３を設けているので、この外周部４３の内壁面にもオイル膜が形成され、ミスト状オイルの再飛散を確実に抑制できる。さらに、外周部４３によって、ローター３１の周囲に空気の多層構造が形成されるので、外気温の変化によるローター３１への影響を受け難くすることができる。加えて、内壁面にスリット４３ａを設けているので、エンジン４の吸気圧力が過度に低くなっても、洗浄用オイルがブローバイガスに取り込まれ難くなる。

　そして、第１オイル供給路３９や第２オイル供給路４０に供給されたオイルを、スピンドル３２を回転させるための動力として使用すると共にオイル膜ＯＦの形成にも使用しているので、装置構成の簡素化が図れる。

　また、ミスト状オイルがエンジン４の潤滑油を由来としており、オイル膜ＯＦがエンジン４の潤滑油であるため、親和性がより高くなってオイルミストを一層効率よくオイル膜ＯＦに取り込むことができる。

　さらに、ブローバイガスを下側ケース１２の内部空間で動力用オイルと接触させてミスト状オイルを一次分離した後、処理後のブローバイガスをローター３１の内部（分離ディスク３４同士の隙間）で洗浄用オイルと接触させてミスト状オイルを二次分離しているので、ミスト状オイルをより高いレベルで分離することができる。

　以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

　区画部材２８の外周部４３に関し、前述の実施形態では、円筒状部材によって作製され、斜め上下方向に細長いスリット４３ａが設けられていたが、この構成に限定されるものではない。

　例えば、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、区画部材２８の外周部５１を、円筒を周方向に分割した複数枚の湾曲板５２で構成してもよい。図１３の区画部材２８では、４枚の湾曲板５２で外周部５１が構成されている。そして、これらの湾曲板５２が平面視略円形となるように配置されている。具体的には、各湾曲板５２に関し、湾曲板５２における周方向の端部同士が周方向において重なり、径方向において若干離隔するように設けられている。

　この区画部材２８では、湾曲板５２における周方向の端部同士の間に形成される隙間が、前述の実施形態におけるスリット４３ａと同様に、区画部材２８の外周部４３よりもローター３１側の空間と、本体カバー２２（ハウジング１１）側の空間の圧力差を緩和する。これにより、前述の実施形態と同様に、エンジン４の吸気圧力が過度に低くなっても、未処理のブローバイガスが未処理のままで排出されてしまう不具合を抑制できる。

　本実施形態において、ローター３１は、平面視で時計回りに回転する。このため、湾曲板５２の内周面に拡がったオイル膜も時計回りに流れる。そして、各湾曲板５２によって形成される隙間が、ローター３１の回転方向上流側で開口している。このため、ローター３１の回転で生じる風によってオイル膜は、各湾曲板５２によって形成される隙間から外方へ排出される。これにより、区画部材２８の外周部４３とローター３１の空間には洗浄用オイルが溜まり難くなり、エンジン４の吸気圧力が過度に低くなっても、洗浄用オイルがブローバイガスに取り込まれ難くなる。

　図１４（ａ），（ｂ）に示すように、湾曲板５２の内周面に、上下方向に延びる縦リブ５３を形成してもよい。この縦リブ５３は、オイル案内部に相当し、ローター３１から放出されて湾曲板５２の内壁面に沿って旋回する洗浄用オイルを下方へ積極的に案内する。この縦リブ５３により、オイルミストを取り込んだ洗浄用オイルを確実に排出させることができる。

　図１５に示すように、縦リブ５３に代えて縦溝５４を形成してもよい。この縦溝５４もまたオイル案内部に相当し、ローター３１から放出されて湾曲板５２の内壁面に沿って旋回する洗浄用オイルを下方へ積極的に案内する。

　また、図１５の変形例では、湾曲板５２の上端に上方へ向けて捕捉爪５５が設けられている。この捕捉爪５５は、湾曲板５２の上端に沿って移動するオイルを捕集してオイル滴にするための突起部である。本実施形態の捕捉爪５５は、矩形板状の小片によって構成されている。そして、一対の小片が所定の間隔を空けて横並びに設けられている。この間隔は、湾曲板５２の上端に沿って移動するオイルを、隣接する小片同士の隙間に捕捉可能な大きさに定められる。例えば、１～２ｍｍ程度に定められる。

　このような捕捉爪５５を設けることで、ローター３１から放出されて湾曲板５２の上端に沿って移動するオイルを凝集させ、一定以上の大きさのオイル滴として放出することが可能となる。これにより、取り込まれたオイルミストの再飛散を抑制でき、オイルミストの分離効率を高めることができる。

　区画部材２８の底部に設けられているドレン孔４９に代えて、トンネル状の廃液部６１を設けてもよい。図１６（ａ），（ｂ）に示すように、区画部材２８の外周部４３とテーパー部４５とは、下端同士がリング状の接続部６２を介して接続されている。そして、この接続部６２に、接続部の上面側に開口されたトンネル状の廃液部６１が設けられている。この廃液部６１は、ローター３１の回転方向における後方側が開口され、前方側が接続部の下面側に開口されている。

　この廃液部６１を設けることで、区画部材２８の外周部４３を流下して接続部６２に到達した洗浄用オイルが、ローター３１の回転で生じた風によって廃液部６１に押し込まれる。これにより、接続部６２まで流下した洗浄用オイルを効率よく、下側ケース１２の内部空間に排出することができる。

　ローター３１の中空部分に関し、本実施形態では、平面視八角形状の取付開口３４ａによって形成されているが、この構成に限られない。ブローバイガスが導入できる空間であればよい。

　分離ディスク３４に関し、円錐台に限らず、角錐台であってもよい。なお、角錐台にする場合には、四角錐以上であることが好ましく、八角錐以上であることがより好ましい。

　下側ケース１２、連通筒部１６、吸入パイプ１８、及びオイル案内パイプ１９に関し、本実施形態では、鋳物で作製されているが、樹脂を成型することで作製してもよい。

　洗浄用オイルの供給経路に関し、前述の実施形態では、途中まで動力用オイルと共通化されていたが、この構成に限定されない。洗浄用オイルを、動力用オイルとは別系統の経路で供給してもよい。この場合、ローター３１の回転をモータで行ってもよい。すなわち、スピンドル３２をモータで回転させればよい。

　処理対象ガスに関し、ブローバイガスに限られない。オイルミストを含有する処理対象ガスからオイルミスト分離する装置であれば、本発明を適用できる。

　処理対象ガスの導入に関し、前述の実施形態では、下側ケース１２でオイルミストが一次分離された処理対象ガスをローター３１の中空部分に導入していたが、この構成に限定されない。処理対象ガスを直接ローター３１の中空部分に導入してもよい。

　区画部材２８の外周部４３に関し、スリット４３ａが設けられたものを例示したが、スリット４３ａは必要に応じて設ければよい。

１…閉鎖型クランクケース換気システム，２…オイルセパレータ，３…ブリーザーパイプ，４…エンジン，５…ガス導出管，６…吸気側流路，７…エアフィルタ，８…ターボチャージャー，９…チャージクーラー，１１…ハウジング，１２…下側ケース，１３…上側ケース，１４…下側ケースの嵌合部，１５…上側ケースの下端部，１６…連通筒部，１７…フランジ，１８…吸入パイプ，１９…オイル案内パイプ，２０…オイル案内パイプのジョイント部，２１…オイル供給パイプ，２２…本体カバー，２３…上面カバー，２４…ガス排出部，２５…出口パイプ，２６…ＰＣＶバルブ，２７…ローターユニット，２８…区画部材，２９…固定フレーム，２９ａ…固定フレームの貫通孔，３１…ローター，３２…スピンドル，３３…スピンドルシャフト，３４…分離ディスク，３４ａ…分離ディスクの取付開口，３４ｂ…分離ディスクのリブ，３５…上部ホルダ，３５ａ…ディスク保持部，３５ｂ…ディスク保持部の板状部材，３６…下部ホルダ，３７…連結アーム，３８…ノズル，３８ａ…ノズル本体，３８ｂ…噴射口，３９…第１オイル供給路，４０…第２オイル供給路，４１…下側シール部材，４２…上側シール部材，４３…区画部材の外周部，４３ａ…スリット，４４…区画部材の鍔部，４５…区画部材のテーパー部，４５ａ…テーパー部の上端開口，４６…ＰＣＶバルブのダイヤフラム，４７…ＰＣＶバルブの上側スプリング，４８…ＰＣＶバルブの下側スプリング，４９…区画部材のドレン孔，５１…区画部材の外周部，５２…外周部を構成する湾曲板，５３…湾曲板に設けられた縦リブ，５４…湾曲板に設けられた縦溝，５５…湾曲板に設けられた捕捉爪，６１…トンネル状の廃液部（区画部材），６２…リング状の接続部（区画部材），ＯＦ…オイル膜，ＢＬ…境界層，Ｆ１～Ｆ６…オイルの流れ，Ｆ１１～Ｆ１４…ブローバイガスの流れ

Claims

　処理対象ガスからミスト状オイルを分離するオイルセパレータであって、
　円錐台形状の板状部材とされた分離ディスクがスピンドルの軸線方向に複数枚積層された分離ディスク群を備え、前記スピンドルの軸線を中心に回転されるローターと、
　前記ローターの回転中心側に形成され、前記処理対象ガスが流入される内周側空間と、
　前記内周側空間に配置され、オイルを導入するオイル導入部と、
　前記ローターを収容可能な収容室を区画するハウジングと、
　前記ハウジングと前記ローターの間に形成された外周側空間に、前記ローターを囲む状態で設けられた筒状壁部とを有することを特徴とするオイルセパレータ。
　前記筒状壁部の内壁面には、当該内壁面の上下方向に延びるリブ又は溝で構成されるオイル案内部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のオイルセパレータ。
　前記筒状壁部の上端には、当該筒状壁部の上端に沿って移動するオイルを捕集してオイル滴にするための突起部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のオイルセパレータ。
　前記収容室と当該収容室よりも下方に区画される下側空間とを区画し、前記下側空間に導入された前記処理対象ガスを前記ローターの前記内周側空間に誘導する筒状の誘導筒部を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のオイルセパレータ。
　前記筒状壁部と前記誘導筒部とは、下端同士がリング状の接続部を介して接続され、
　前記接続部には、ローターの回転方向における後方側が前記接続部の上面側に開口され、前方側が前記接続部の下面側に開口されたトンネル状の廃液部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のオイルセパレータ。
　前記スピンドルにおける前記分離ディスクよりも下側の周面から突設され、オイルの噴射によって前記スピンドルを回転させるノズルと、
　前記スピンドルを回転可能に支持すると共に、前記オイルを供給するためのオイル供給路が内部に形成されたスピンドルシャフトを備え、
　前記オイル導入部は、前記スピンドルと前記スピンドルシャフトの隙間によって構成され、
　前記オイル供給路に供給された前記オイルの一部を前記ノズルから噴射させ、かつ、前記オイルの他の一部を前記オイル導入部から前記ローターの前記内周側空間へ導入させることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のオイルセパレータ。