JP5495402B2 - 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、燃焼室で混合ガスを燃焼させてクランクシャフトを回転させることにより動力を得ている。しかし、燃焼室に導入された混合ガスが全て燃焼されるわけではない。一部の混合ガスは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。この漏出したガスをブローバイガスという。未燃焼ガスであるブローバイガスは、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で燃焼させてから大気に排出されるようになっている。

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ために、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される。

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っていく。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、各サイクロンのオイルミストの捕集効率に差が出てしまい、オイルセパレータ全体として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。

上記問題に鑑み、本発明は、複数のオイル分離ユニット（サイクロン）のそれぞれが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均等に捕集して効率的にオイルミストを分離することにより、全体として効率よく作動するオイルセパレータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、オイルセパレータの特徴構成は、ブローバイガスの気液分離を行う少なくとも１組のサイクロン式のオイル分離ユニットと、前記オイル分離ユニットに流入するブローバイガスを分配する分配室と、前記分配室にブローバイガスを流入させる流入孔と、前記分配室から各々の前記オイル分離ユニットまでブローバイガスを各別に流通させる分岐通路と、前記オイル分離ユニットと前記分配室と前記流入孔と前記分岐通路とを内部に含んで囲む第１蓋部と、前記第１蓋部を内部に含んで囲む第２蓋部と、を備え、前記第１蓋部と前記第２蓋部とにより側面部の少なくとも一部を２層構造に形成し、前記オイル分離ユニットからオイルが排出される空間が、前記２層構造の内側に形成され、前記２層構造で形成されてある部分と、前記オイル分離ユニットからオイルが排出される空間との間に、更に閉空間が形成されてある点にある。

このような特徴構成とすれば、第１蓋部の内側と第２蓋部の外側とで温度差がある場合であっても、互いに寄与する温度の影響を軽減することができる。このため、例えば第２蓋部の外側が極低温であり、第１蓋部の内側が氷結している場合であっても、第２蓋部の外側の温度に起因して第１蓋部の内側に供給されるブローバイガスの温度が低下することを抑制することができるので、ブローバイガスにより第１蓋部の内側を温め易くすることができる。したがって、オイル分離ユニット、分配室、流入孔、分岐通路の各部が氷結している場合であっても、ブローバイガスにより素早く解氷して、オイルセパレータを逸早く適切に動作させることができる。その結果、全てのオイル分離ユニットは同程度のオイルミスト捕集効率を発揮することができ、オイルミストの捕集に関してオイルセパレータ全体を効率よく作動させることができる。

また、このような構成とすれば、オイル分離ユニットからオイルが排出される空間の断熱性を高めることができる。したがって、当該空間が氷結している場合であっても、オイルセパレータを逸早く適切に動作させることができる。その結果、オイルミストの捕集に関してオイルセパレータ全体を効率よく作動させることができる。

更に、このような構成であれば、更に、オイル分離ユニットからオイルが排出される空間の断熱性を高めることができる。したがって、当該空間が氷結している場合であっても、オイルセパレータを逸早く適切に動作させることができる。その結果、全てのオイル分離ユニットは同程度のガス排出効率を発揮することができ、オイルミストの捕集に関してだけでなく、ブローバイガスの排気に関してもオイルセパレータ全体を効率よく作動させることができる。

本構成のオイルセパレータにおいては、前記２層構造で形成されてある部分が密閉空間であると好適である。

このような構成であれば、第１蓋部と第２蓋部との間の断熱性をより向上させることができる。したがって、オイル分離ユニット、分配室、流入孔、分岐通路の各部が氷結している場合であっても、オイルセパレータを逸早く適切に動作させることができる。その結果、オイルミストの捕集に関してオイルセパレータ全体を効率よく作動させることができる。

第１実施形態に係るオイルセパレータの外観を表す分解斜視図である。 オイルセパレータの構造を表す縦断面図である。 図２のIII-III線断面図である。 図３のIV-IV線断面図である。 第１実施形態の変形例に係るオイルセパレータの分岐通路およびオイル分離ユニットの配置を表す横断面図である。 第２実施形態に係るオイルセパレータの概略構成を表す縦断面図である。 図６のVII-VII線断面図である。

１．第１実施形態
〔オイルセパレータの構造〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１に、本実施形態に係るオイルセパレータ１０の外観を表す分解斜視図を示す。図２に、オイルセパレータ１０の構造を表す縦断面図を示す。図３に、図２のIII-III線断面図を示す。図４に図３のIV-IV線断面図を示す。オイルセパレータ１０は、車両のエンジンのヘッドカバー内部（不図示）に配置されている。オイルセパレータ１０は樹脂製である。

図１，図２に示すように、オイルセパレータ１０は、外壁を構成するハウジング２０と、ハウジング２０の内部に形成されている第１貯留室３０と、ガス導入管３２，３２と、分配室４０と、分岐通路５０，５０，５０，５０と、オイル分離ユニット６０，６０，６０，６０と、オイル排出管６４と、第２貯留室９０と、ガス排出孔８１とを備えている。

第１貯留室３０は、仕切板により形成された三角柱状の空間である。ハウジング２０を構成する底板２１の一部は第１貯留室３０の底面３１となっている。図４に示すように、底面３１には、２つのガス導入管３２，３２が一体的に形成されている。それぞれのガス導入管３２は、底面３１に開けた孔と、該孔と連続した筒状孔を含んで底板２１からオイルセパレータ１０の外側に向けて突出した筒状壁を有している。ガス導入管３２は不図示のガス導入路と接続されている。

第１貯留室３０の上面３３には、円形の流入孔４１が形成されている。ハウジング２０の内部にあって流入孔４１に対して第１貯留室３０と反対側には、円柱状の空間である分配室４０が形成されている。第１貯留室３０と分配室４０とは、流入孔４１を介して連通している。分配室４０の内径は流入孔４１の内径に等しく、分配室４０の容積は第１貯留室３０の容積に比較して非常に小さい。分配室４０の側面には底面３１と平行かつ径方向外側に向かって直線状に延在する分岐通路５０，５０，５０，５０が形成されている。分配室４０と分岐通路５０は連通している。４つの分岐通路５０，５０，５０，５０は、ブローバイガスの流通方向に垂直な通路断面積が等しく且つ通路長さも同じである。

図２に示すように、分配室４０、分岐通路５０，５０，５０，５０、および後述するオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０の上部には、第１蓋板７０が取り付けられている。第１蓋板７０は、接着や溶着等により、図１に示す分配室４０や分岐通路５０，５０，５０，５０、オイル分離ユニット６０，６０，６０，６０の上端縁部Ａと隙間なく接合されている。これにより流通するブローバイガスが分配室４０や分岐通路５０の外部に流出せずオイル分離ユニット６０に確実に流入する。分配室４０の上面４２（第１蓋板７０の一部）には、上面４２から分配室４０に向けて突出するガイド４３が設けられている。ガイド４３は、上面４２と接する底面を有する四角錐状である。図３に示すように、ガイド４３の４つの側面４３ａ，４３ａ，４３ａ，４３ａは、それぞれ４つの分岐通路５０，５０，５０，５０内のブローバイガスの流通方向に対して垂直になるように形成されている。

分岐通路５０，５０，５０，５０の分配室４０と反対側の端部には、オイル分離ユニット６０，６０，６０，６０が接続されている。それぞれのオイル分離ユニット６０と分岐通路５０とは連通している。オイル分離ユニット６０は、本体部６１と、オイル排出部６２と、ガス排出部６３とを備えている。４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０は、いずれも同じ大きさで、それぞれの軸芯が平行で且つ分岐通路５０のブローバイガスの流通方向に対して垂直になるように配置されている。さらに図３に示すように、分岐通路５０，５０，５０，５０およびオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０は、流入孔４１（分配室４０）の軸芯を通る互いに垂直な平面Ｘおよび平面Ｙに対して線対称になるように配置されている。

本体部６１は、円筒形状の円筒部６１ａと、円筒部６１ａの下端に連続し下方に向けて縮径される円筒部６１ａと同軸芯のコーン部６１ｂとを備えている。それぞれの分岐通路５０とオイル分離ユニット６０とは、円筒部６１ａの内周面の接線方向が分岐通路５０となるように配置されている。コーン部６１ｂの下端にはオイル排出部６２として開口が形成されている。なお、図３に示すように、平面Ｘに対して対向する２つのオイル分離ユニット６０，６０を近接させて配置すると共に平面Ｙに対して対向する２つのオイル分離ユニット６０，６０を離間させて配置することにより、オイルセパレータ１０の平面Ｘに垂直な方向の厚さを薄くすることができる。

底板２１の角部には、オイルミストをオイルセパレータ１０の外部に排出するために２ヶ所のオイル排出管６４，６４が形成されている。図３の破線矢印で示すように、底板２１には、２つのオイル分離ユニット６０，６０の軸芯と交差する箇所から１ヶ所のオイル排出管６４に向かう緩やかな下り傾斜がそれぞれのオイル排出管６４に対して形成されている。

ガス排出部６３は、第１蓋板７０に一体的に形成され、第１蓋板７０に開けられた孔と、該孔と連続した筒状孔を含んで第１蓋板７０からオイル分離ユニット６０に向けて突出した筒状壁を有している。ガス排出部６３の下端は円筒部６１ａの内部にあり、ガス排出部６３の軸芯は、円筒部６１ａと同軸芯である。ガス排出部６３の上端は、第１蓋板７０の外部に開放されている。４つのガス排出部６３はいずれも同じ大きさである。

図２に示すように、第１蓋板７０の上方には隙間を空けてハウジング２０の一部である第２蓋板８０が配置され、第１蓋板７０と第２蓋板８０とにより第２貯留室９０が形成されている。第２蓋板８０には第２貯留室９０に貯留されたブローバイガスをオイルセパレータ１０の外に排出するガス排出孔８１が設けられている。第２貯留室９０に貯留したブローバイガスは、オイル分離ユニット６０でオイルミストを分離した後のブローバイガスであり、以下では単にガスと称する。ガス排出孔８１の軸芯は分配室４０と同軸芯である。ガス排出孔８１には不図示のガス排出路が接続されている。

〔オイルセパレータの動作〕
ガス排出路の他端は吸気ポートに接続されている。ブローバイガスは吸気ポートを流通する空気により発生する負圧で吸引されてオイルセパレータ１０の内部を流通する。図４に示すように、クランクケースから吸引されガス導入路を流通したブローバイガスは、ガス導入管３２から第１貯留室３０内に流入する。流入したブローバイガスは第１貯留室３０内に一旦貯留される。図２，図３に示すように、第１貯留室３０から分配室４０に流入したブローバイガスは、ガイド４３の側面４３ａに衝突し４方向に均等に分配され、分岐通路５０，５０，５０，５０に流入する。

分岐通路５０，５０，５０，５０を流通したブローバイガスは、オイル分離ユニット６０，６０，６０，６０内に流入し、円筒部６１ａ，６１ａ，６１ａ，６１ａの内周面に沿って流通する。オイル分離ユニット６０内において、ブローバイガスは、円筒部６１ａの内周面に沿って旋回しながらコーン部６１ｂに向かって降下する旋回流を形成する。この旋回流により、ブローバイガスに遠心力が生じ、ブローバイガス中のオイルミストが円筒部６１ａやコーン部６１ｂの内周面に衝突して付着する。これにより、ブローバイガスからオイルミストが分離され捕集される。なお、図３に示すように、それぞれのオイル分離ユニット６０内の旋回流の旋回方向も平面Ｘおよび平面Ｙに対して対称になっている。

円筒部６１ａやコーン部６１ｂの内周面に付着したオイルミストは、コーン部６１ｂの壁面を流下しつつ凝集し、オイル排出部６２から底板２１に滴下する。図３の破線矢印や図２に示すように、滴下したオイルミストは底板２１の傾斜を流下し、オイル排出管６４の内部通路を通ってオイルセパレータ１０の外部に排出され、不図示のオイルパンに戻される。

図２の破線矢印に示すように、ガスはガス排出部６３を通って第２貯留室９０に流入する。その後、ガスはガス排出孔８１から排出され、ガス排出路を流通して吸気ポートに環流される。

〔第１実施形態の作用・効果〕
オイルセパレータ１０は、ブローバイガスを分配する分配室４０を中心に分岐通路５０，５０，５０，５０やオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０が放射状に配置され、且つガス排出孔８１が分配室４０と同軸芯上に配置されている。また上述したように、４つの分岐通路５０，５０，５０，５０はいずれもブローバイガスの流通方向に垂直な通路断面積が等しく通路長さも同じである。さらに、ガス排出部６３を含む４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０もいずれも同じ大きさである。従って、ブローバイガスは、あらゆる粒径のオイルミストを含有した状態で４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０のそれぞれに均等に流入し、それぞれのオイル分離ユニット６０はいずれもオイルミストの粒径の大小に関係なくブローバイガス中のオイルミストを均等に捕集することができる。この結果、４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０は同程度のオイルミスト捕集効率を発揮することができ、オイルミストの捕集に関してオイルセパレータ１０全体を効率よく作動させることができる。

また、オイルセパレータ１０は、ガス排出孔８１と分配室４０が同軸芯に配置されているので、それぞれのガス排出部６３から第２貯留室９０を経由してガス排出孔８１に至るまでの流路長も同じである。従って、それぞれのオイル分離ユニット６０から均等にガスを排出することができる。その結果、４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０は同程度のガス排出効率を発揮することができ、ガスの排気に関してもオイルセパレータ１０全体を効率よく作動させることができる。

本実施形態においては、４つの分岐通路５０，５０，５０，５０のブローバイガスの流通方向に垂直な通路断面積が等しく且つ通路長さも同じであるがこれに限られない。通路断面積と通路長さのいずれか一方だけが同じであってもよい。

分岐通路５０の通路断面積と通路長さの両方が異なる場合であっても、４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０に流入するブローバイガスの単位時間あたりの量が同じになるように通路断面積と通路長さを設定すればよい。具体的には、通路長さの長い分岐通路５０の通路断面積は広く、通路長さの短い分岐通路５０の通路断面積は狭くする。また、４つの分岐通路５０，５０，５０，５０を流通するブローバイガスの流通速度が同じになるように分岐通路５０の通路断面積と通路長さを設定してもよい。

本実施形態においては、分岐通路５０，５０，５０，５０およびオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０は、平面Ｘおよび平面Ｙに対して対称になるように配置されているが、これに限られない。平面Ｘまたは平面Ｙのいずれか１平面に対して対称になるように配置されてもよい。

２．第１実施形態の変形例
図５に、第１実施形態の変形例に係るオイルセパレータ１０の分岐通路５０およびオイル分離ユニット６０の配置を表す横断面図を示す。以下の実施形態および変形例の説明においては、第１実施形態と同じ構成の箇所には同じ符号を付し、同様の構成に関する説明は省略する。本変形例は４つの分岐通路５０，５０，５０，５０が互いに９０度の間隔を開けて配置されると共に、全てのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０内のブローバイガスの旋回流の旋回方向が同方向になるように分岐通路５０とオイル分離ユニット６０の配置が定められている。その他の構成は第１実施形態と同様である。

このように分岐通路５０とオイル分離ユニット６０を配置することにより、ガイド４３の軸芯方向に沿って見たときのオイルセパレータ１０の実装面積を最小にすることができると共に、４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０は同程度のオイルミスト捕集効率を発揮することができる。この結果、オイルミストの捕集に関しても、ガスの排気に関しても、オイルセパレータ１０全体を効率よく作動させることができる。

３．第２実施形態
図６に、第２実施形態に係るオイルセパレータ１０の概略構成を表す縦断面図を示す。図７に、図６のVII-VII線断面図を示す。本実施形態は、流入孔４１がハウジング２０の端部に形成されると共に、４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０の軸芯が平面Ｘ上に一列に配置されている点が第１実施形態と異なる。さらにガス排出孔８１がオイルセパレータ１０の端部に設けられている点も第１実施形態と異なる。４本の軸芯が平面Ｘ上にくるように４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０を一列に配置することにより、オイルセパレータ１０の平面Ｘに垂直な方向の厚さを第１実施形態に比べてさらに薄くすることができる。

本実施形態においては、流入孔４１から外側に配置された２つの外側オイル分離ユニット６０ａ，６０ａへ向かう外側分岐流路５０ａ，５０ａの流通方向に垂直な通路断面積および通路長さは、内側に配置された２つの内側オイル分離ユニット６０ｂ，６０ｂへ向かう内側分岐流路５０ｂ，５０ｂの流通方向に垂直な通路断面積および通路長さに比べて、通路断面積は大きく通路長さも長くなっている。これにより、２つの外側オイル分離ユニット６０ａ，６０ａに流入するブローバイガスの単位時間あたりの量と、２つの内側オイル分離ユニット６０ｂ，６０ｂに流入するブローバイガスの単位時間あたりの流量を同じにすることができる。この結果、４つのオイル分離ユニット６０，６０，６０，６０は同程度のオイルミスト捕集効率を発揮することができ、オイルセパレータ１０全体を効率よく作動させることができる。

なお、本発明に係るオイルセパレータ１０は、以下のように表現することができる。
オイルセパレータ１０は、ブローバイガスを分配する分配室４０と、当該分配室４０にブローバイガスを流入させる流入孔４１と、当該流入孔４１を通って分配室４０へ流入するブローバイガスの流通方向の軸のうち流入孔４１の軸芯を通る軸を含む少なくとも１つの平面に対して対称に配置される少なくとも１組のオイル分離ユニット６０と、分配室から各々のオイル分離ユニット６０までブローバイガスを各別に流通させる分岐通路５０と、を備えている。

これにより、分岐通路５０とオイル分離ユニット６０とを対称に配置することにより、あらゆる粒径のオイルミストを含有したブローバイガスをオイル分離ユニット６０に流入させることができると共に、単位時間に流入するブローバイガスの量を全てのオイル分離ユニット６０について均等にすることができる。その結果、全てのオイル分離ユニット６０は同程度のオイルミスト捕集効率を発揮することができ、オイルミストの捕集に関してオイルセパレータ１０全体を効率よく作動させることができる。

また、オイルセパレータ１０は、それぞれの分岐通路５０が、通路断面積と通路長さのうち少なくとも一方が同じであると良い。

これにより、オイル分離ユニット６０に流入するブローバイガスの単位時間あたりの量を均等にすることができ、全てのオイル分離ユニット６０が同程度のオイルミスト捕集効率を発揮することができる。その結果、オイルミストの捕集に関してオイルセパレータ１０全体を効率よく作動させることができる。

また、オイルセパレータ１０は、それぞれの分岐通路５０を流通するブローバイガスの流量と流速のうち少なくとも一方が同じであると良い。

これにより、オイル分離ユニット６０に流入するブローバイガスの単位時間あたりの量を均等にすることができ、全てのオイル分離ユニット６０は同程度のオイルミスト捕集効率を発揮することができる。その結果、オイルミストの捕集に関してオイルセパレータ１０全体を効率よく作動させることができる。

また、オイルセパレータ１０は、オイル分離ユニット６０から流出したブローバイガスを外部に排出するガス排出孔８１をさらに備え、ガス排出孔８１と流入孔４１が同軸芯上にあると良い。

これにより、オイル分離ユニット６０からガス排出孔８１に至るまでの流路長も同じとなる。従って、それぞれのオイル分離ユニット６０から均等にブローバイガスを排出することができる。その結果、全てのオイル分離ユニット６０は同程度のガス排出効率を発揮することができ、オイルミストの捕集に関してだけでなく、ブローバイガスの排気に関してもオイルセパレータ１０全体を効率よく作動させることができる。

また、オイルセパレータ１０は、流入孔４１から分配室４０に入ったブローバイガスの流通方向にある分配室４０の壁面に、ブローバイガスをそれぞれの分岐通路５０に導くガイド４３をさらに有すると良い。

これにより、ガイド４３によって分配室４０に流入したブローバイガスを均等に分岐通路５０に導くことができ、全てのオイル分離ユニット６０は同程度のオイルミスト捕集効率を発揮することができる。その結果、オイルミストの捕集に関してオイルセパレータ１０全体を効率よく作動させることができる。

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用いることが可能である。

４０ 分配室
４１ 流入孔
４３ ガイド
５０ 分岐通路
６０ オイル分離ユニット
８１ ガス排出孔
Ｘ 平面
Ｙ 平面

Claims (2)

1. ブローバイガスの気液分離を行う少なくとも１組のサイクロン式のオイル分離ユニットと、
   前記オイル分離ユニットに流入するブローバイガスを分配する分配室と、
   前記分配室にブローバイガスを流入させる流入孔と、
   前記分配室から各々の前記オイル分離ユニットまでブローバイガスを各別に流通させる分岐通路と、
   前記オイル分離ユニットと前記分配室と前記流入孔と前記分岐通路とを内部に含んで囲む第１蓋部と、
   前記第１蓋部を内部に含んで囲む第２蓋部と、を備え、
   前記第１蓋部と前記第２蓋部とにより側面部の少なくとも一部を２層構造に形成し、
   前記オイル分離ユニットからオイルが排出される空間が、前記２層構造の内側に形成され、
   前記２層構造で形成されてある部分と、前記オイル分離ユニットからオイルが排出される空間との間に、更に閉空間が形成されてあるオイルセパレータ。
2. 前記２層構造で形成されてある部分が密閉空間である請求項１に記載のオイルセパレータ。

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