説明

内燃機関のオイルセパレータ

【課題】ブローバイガスの流量条件が変化してもそれらの広い流量条件下で十分な性能が得られ、しかも圧力損失も低減できる構造を提供する。
【解決手段】ノズルプレート15または17とその下流側の衝突板16または18との組み合わせからなる二つのオイル分離機構13,14を直列に設け、それぞれに独立したブローバイガス流入口10,11を設ける。上流側のノズル20の径を下流側のノズル21の径よりも小さく、且つ上流側のブローバイガス流入口10の開口面積を下流側のブローバイガス流入口11の開口面積よりも小さく設定する。下流側のブローバイガス流入口11をブローバイガスの流量に応じ開閉バルブ19にて開閉可能とした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関、特にシリンダヘッドカバーに設けられるブローバーガス通路のオイルセパレータに関し、特にブローバーガス通路を流れるブローバイガスに含まれるオイルミストを積極的に分離するためのオイルセパレータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より自動車に搭載される内燃機関では、ピストンリングとシリンダ壁との隙間等からクランクケース内へ漏れ出るブローバイガスを、シリンダヘッドやシリンダヘッドカバーを通して吸気系に戻し、混合気とともに燃焼室内に送り込む一方、代わって新気を導入するように構成されている。なお、このようなシステムをポジティブ・クランクケース・ベンチレーションという。
【0003】
このようなシステムにおいて、ブローバイガスがオイルミストを含んだまま吸気系に戻されることのないように、自動車に搭載される内燃機関には、ブローバイガスに含まれるオイルミストを積極的にオイルとして分離・回収するためのオイルセパレータ(油分離装置またはオイルミストセパレータとも称される。)が設けられている。
【0004】
かかるオイルセパレータとしては、例えば特許文献1に記載されているようにシリンダヘッドカバー内設置型のものがある。このタイプのものでは、ブローバイガス通路の一部にノズル(細孔)を設けることでブローバイガスの流速を高め、このブローバイガスをブローバイガス流路内の壁体に衝突させて、その衝突作用による気液分離作用をもってオイルミストを付着させて分離・捕捉するようにしたもので、いわゆる慣性衝突方式のものと称されている。
【0005】
なお、分離したオイルは、オイルセパレータの底部に開口したオイルドレンポートをもって例えば動弁駆動系側に戻される。
【特許文献1】特開2005−120855号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、このような従来のオイルセパレータでは、ある特定のブローバイガス流量のもとで狙い通りの流速が得られるようにノズル径を設定してあるため、それ以外の低流量域では充分な性能が得られないだけでなく、逆に大流量域では圧力損失が大きくなる傾向にあり、なおも改善の余地を残している。
【0007】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、ブローバイガスの流量条件が変化してもそれらの広い流量条件下で十分な性能が得られ、しかも圧力損失も低減できるようにした構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1に記載の発明は、シリンダヘッドカバー内のブローバイガス通路の一部に設けられて、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイルを分離するオイルセパレータであって、ノズルプレートとその下流側の衝突板との組み合わせからなる少なくとも二つのオイル分離機構をブローバイガス流出口に向かう流れ方向に沿って直列に設けるととに、オイル分離機構ごとに独立したブローバイガス流入口を設け、上流側のオイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径を下流側のオイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径よりも小さく設定するとともに、上流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口の開口面積を下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口の開口面積よりも小さく設定し、下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口をブローバイガスの流量に応じて開閉可能としたことを特徴とする。
【0009】
この場合において、請求項2に記載のように、下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口を開閉するバルブを備えていることが望ましい。
【0010】
請求項3に記載の発明は、シリンダヘッドカバー内のブローバイガス通路の一部に設けられて、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイルを分離するオイルセパレータであって、オイル分離前のブローバイガスが流入するブローバイガス流入口とオイル分離後のブローバイガスが流出するブローバイガス流出口との間に、ノズルプレートとその下流側の衝突板との組み合わせからなる少なくとも二つのオイル分離機構を設け、各オイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径を相互に異ならせるとともに、ブローバイガスの流量に応じてノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かが切換可能となっていることを特徴とする。
【0011】
この場合において、請求項4に記載のように、ノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かを切り換えるバルブを備えていることが望ましい。
【0012】
なお、各オイル分離機構においては、ノズルを通過したブローバイガスがその下流側の衝突板に衝突することで気液分離作用がなされるようになっているものとする。
【0013】
したがって、少なくとも請求項1に記載の発明では、ブローバイガスの流量が少ない時には上流側のオイル分離機構における小径のノズルを積極的に機能させる一方、ブローバイガスの流量が多い時には下流側のオイル分離機構における大径のノズルを積極的に機能させ、結果としてブローバイガスの流量に応じて実質的にノズル径を使い分けることで、ブローバイガスの流量条件が変化して全体としては広い流量条件下で十分な性能が得られるようになる。しかも、特に大流量時における圧力損失も低減できるようになる。
【発明の効果】
【0014】
請求項1,3に記載の発明によれば、ブローバイガス流量に応じて大小二種類のノズル径を使い分けることで、広い流量域において十分な性能が得られるとともに、特に大流量時の圧力損失も低減できる。
【0015】
請求項2に記載の発明によれば、下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口を開閉するバルブを備えていることで、ノズルの使い分け効果がより安定化して信頼性の高いものとなる。
【0016】
請求項4に記載の発明によれば、ノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かを切り換えるバルブを備えていることで、上記と同様にノズルの使い分け効果がより安定化して信頼性の高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
図1〜3は本発明に係るオイルセパレータのより具体的な第1の実施の形態を示す図であり、特に図1は4気筒タイプのエンジンにおけるシリンダヘッドカバー1を内側から見た図を、図2,3は図1のA−A線に沿う拡大断面図であって且つそのシリンダヘッドカバー1に組み込まれたオイルセパレータ6の概略構造をそれぞれ示している。
【0018】
シリンダヘッドカバー1は全体がポリアミド樹脂等の所定の樹脂材料にて形成され、図1のほか図2に示すように、図示しないシリンダヘッドとのボルト締結のために複数のフランジ部2やガスケット3、さらにはオイルフィラー4等を備えた周知の機能および形状を有するものであって、点火栓取付部として機能する複数のプラグホール5に隣接してオイルセパレータ6を設けてある。
【0019】
このオイルセパレータ6は、シリンダヘッドカバー1の内下面にその長手方向に沿って細長いボックス状部7を一体に形成するとともに、そのボックス状部7に別体のインナカバー(バッフルプレート)8を装着することで、オイルセパレータ6の主要素となるセパレータ室9を隔離形成してある。ここでは、セパレータ室9がシリンダヘッドカバー1内でのブローバイガス通路の一部として機能するように、長手方向の一端部寄りの位置をブローバイガス流入口10,11とし、長手方向の他端をブローバイガス流出口12とするセパレータ室9を隔離形成してある。なお、双方のブローバイガス流入口10,11はインナカバー8に開口形成してある。
【0020】
セパレータ室9内には、ブローバイガスの通流方向に沿って二つのオイル分離機構13,14を直列に配置してある。より具体的には、セパレータ室9内のうちブローバイガス流入口10の下流側には、ブローバイガス流量が比較的小さい時のためのオイル分離機構13としてノズルプレート15と衝突板(インパクター)16とをセットにして対向配置してあるとともに、ブローバイガス流出口12の上流側には、ブローバイガス流量が比較的大きい時のためのオイル分離機構14として同じくノズルプレート17と衝突板(インパクター)18とをセットにして対向配置してある。そして、双方のオイル分離機構13,14同士の間には開閉バルブ19を配置してある。
【0021】
ここで、上流側に位置する小流量用のオイル分離機構13は、開口面積がS1の上流側のブローバイガス流入口10から流入したブローバイガスに含まれるオイルミストの分離を目的としたもので、ノズルプレート15には孔径がD1の複数のノズル20を並べて形成してある。そして、ノズルプレート15と所定距離隔てて対向配置される衝突板16は、各ノズル20の軸線の延長線とほぼ面直角のかたちで交差するように設定してある。なお、ノズルプレート15の上流側と下流側は複数のノズル20でのみ連通している。これに対して、衝突板16の下部は開放されている。
【0022】
他方、下流側に位置する大流量用のオイル分離機構14は、特に開口面積がS2の下流側のブローバイガス流入口11から流入したブローバイガスに含まれるオイルミストの分離を目的としたもので、ノズルプレート17には孔径がD2の複数のノズル21を並べて形成してある。そして、ノズルプレート17と所定距離隔てて対向配置される衝突板18は、各ノズル21の軸線の延長線とほぼ面直角のかたちで交差するように設定してある。なお、ノズルプレート17の上流側と下流側は複数のノズル21でのみ連通しているとともに、衝突板18の下部は開放されている。
【0023】
この場合において、双方のブローバイガス流入口10,11の開口面積(通路面積)S1,S2の関係は、上流側のブローバイガス流入口10の開口面積S1よりも下流側のブローバイガス流入口11の開口面積S2の方が大きく設定してある(S1<S2)。同様に、双方のノズル20,21の通路面積D1,D2の関係は、小流量用のオイル分離機構13側のノズル20の通路面積D1よりも大流量用のオイル分離機構14側のノズル21の通路面積D2の方が大きく設定してある(D1<D2)。なお、各ノズル20,21は、その機能よりして孔径よりも長さが大きいことが望ましい。
【0024】
さらに、各衝突板16,18における衝突面は、ブローバイガスに含まれるオイルミストの気液分離を促進するために凹凸面としてあり、その凹溝部と凸条部とが交互に図2の上下方向を指向するように設定してある。
【0025】
小流量用のオイル分離機構13と大流量用のオイル分離機構14との間に設けた開閉バルブ19は、下流側のブローバイガス流入口11を開閉するためのもので、そのブローバイガス流入口11を閉弁する弁体22を弾性手段である圧縮コイルスプリング23によって閉弁方向に付勢してある。
【0026】
したがって、このように構成されたオイルセパレータ6によれば、図2はブローバイガスが小流量時の流れを示しており、図示しないPCVバルブ(ポジティブ・クランクケース・ベンチレーション・バルブ)の作用でセパレータ室9に負圧が作用することで同セパレータ室9内をブローバイガスが通流することになる。この状態では切換バルブ19は下流側のブローバイガス流入口11を閉止している。
【0027】
そして、上流側のブローバイガス流入口10からセパレータ室9内に流入したブローバイガスは、小流量用のオイル分離機構13におけるノズルプレート15のノズル20を通過し、その通路が絞られることで流速が高められた上で、その下流側の衝突板16に衝突して気液分離作用がなされることになる。すなわち、ブローバイガスが衝突板16に衝突することで、そのブローバイガスに含まれるオイルミストが衝突板16の凹凸の衝突面に付着して、オイルの分離・捕捉処理がなされることになる。
【0028】
こうして小流量用のオイル分離機構13によるオイルの分離・捕捉処理がなされたブローバイガスは、さらに下流側の大流量用のオイル分離機構14を通過することで再度同様の処理がなされることになる。ただし、大流量用のオイル分離機構14ではそのノズル21の径D2を小流量用のオイル分離機構13のものより大径に設定してあるため、小流量用のオイル分離機構13ほどのオイルの分離・捕捉処理は期待できない。こうして、小流量用のオイル分離機構13および大流量用のオイル分離機構14を通過したブローバイガスはブローバイガス流出口12から流出することになる。
【0029】
他方、ブローバイガスの流量が大きくなった場合には、図3に示すように、小流量用のオイル分離機構13のノズルプレート15が抵抗となってその圧力損失が大きくなり、小流量用のオイル分離機構13よりも下流側の負圧吸引力が開閉バルブ19の圧縮コイルスプリング23の付勢力に打ち勝つようになる。これにより、開閉バルブ19が開弁し、上流側のブローバイガス流入口10よりも開口面積S2の大きな下流側のブローバイガス流入口11を開くことで、ブローバイガスがセパレータ室9内に流入することになる。そして、そのブローバイガスが大流量用のオイル分離機構14を通過することで、先の小流量用のオイル分離機構13の場合と同様の気液分離作用によって、ブローバイガスに含まれるオイル(オイルミスト)の分離・捕捉処理がなされることになる。
【0030】
この場合において、一部のブローバイガスが上流側のブローバイガス流入口10から流入して小流量用のオイル分離機構13を通過することはあっても、大流量用のオイル分離機構14を流れるブローバイガスは下流側のブローバイガス流入口11から流入したものが大部分を占めるため、小流量用のオイル分離機構13側でのオイルの分離・捕捉処理はあまり期待できない。
【0031】
なお、気液分離作用によって分離・捕捉処理がなされたオイルはセパレータ室内に一時的に溜まった上で、例えば図示しないシリンダヘッドにおける動弁駆動系側に滴下方式にて戻されることになる。
【0032】
このように本実施の形態によれば、ブローバイガスが小流量の時には主として上流側のオイル分離機構13によって気液分離が行われ、他方、ブローバイガスが大流量の時には主として下流側のオイル分離機構14によって気液分離が行われることから、ブローバイガス流量の大小にかかわらず、全体としては広い流量条件下で十分な性能が得られるようになる。しかも、特にブローバイガスの大流量時においては、主として開口面積の大きなブローバイガス流入口11およびノズル径の大きなノズル21が機能することから、その大流量時における圧力損失(通流抵抗)も低減できるようになる。
【0033】
図4は本発明に係るオイルセパレータの第2の実施の形態を示す図であり、図2,3と共通する部分には同一符号を付してある。
【0034】
この第2の実施の形態では、セパレータ室9内において、ブローバイガスの通流方向に沿って三つののオイル分離機構13,14,24を直列に配置し、それに併せて各オイル分離機構13,14,24ごとに独立したブローバイガス流入口10,11,25を形成したものである。
【0035】
三つのオイル分離機構13,14,24のうち、上流側のオイル分離機構13と中間のオイル分離機構14との関係は、ノズル20,21の径やブローバイガス流入口10,11の開口面積の大小関係を含めて、図2,3に示した第1の実施の形態のものと同様であり、最も下流側のオイル分離機構24として中間のオイル分離機構14と同一のもの、すなわちノズルプレート26と衝突板28とを組み合わせたものを配置してある。
【0036】
すなわち、最も上流側のオイル分離機構13のノズルプレート15に形成されたノズル20の径は、中間位置のオイル分離機構14のノズルプレート17に形成されたノズル21の径よりも小さく設定されていて、最も下流側のオイル分離機構24のノズルプレート26に形成されたノズル27の径は中間位置のオイル分離機構14のノズルプレート17に形成されたノズル21の径と同一寸法に設定してある。
【0037】
同様に、最も上流側のブローバイガス流入口10の開口面積は中間位置のブローバイガス流入口11の開口面積よりも小さく設定してあるとともに、最も下流側のブローバイガス流入口25の開口面積は中間位置のブローバイガス流入口11のそれと同一寸法に設定してある。
【0038】
もちろん、必要に応じて、最も下流側のオイル分離機構24のノズルプレート26に形成されたノズル27の径を中間位置のオイル分離機構14のノズルプレート17に形成されたノズル21の径よりも大きく設定したり、あるいは最も下流側のブローバイガス流入口25の開口面積を中間位置のブローバイガス流入口11のそれよりも大きく設定することもまた可能である。
【0039】
そして、中間位置のブローバイガス流入口11にはこれを開閉するためのボールバルブ29を、最も下流側のブローバイガス流入口25にはリードバルブ30をそれぞれに配置してある。ボールバルブ29は周知のように球状の弁体31を圧縮コイルスプリング32にて閉弁方向に付勢しているもので、図2,3に示した開閉バルブ19と同様に機能するものである。また、リードバルブ30は弾性のある舌片状の弁体33にて最も上流側のブローバイガス流入口25を閉止していて、ブローバイガス流入口25の内外の圧力差にて仮想線で示すように開弁するものである。そして、リードバルブ30の開弁に要する力はボールバルブ29のそれよりもわずかに大きく設定してある。
【0040】
したがって、この第2の実施の形態によれば、最も上流側のオイル分離機構13および中間位置のオイル分離機構14の作動および機能は図2,3に示した第1の実施の形態のものと同様であり、ブローバイガスの流量が小さい時には最も上流側のオイル分離機構13が機能し、それよりもブローバイガスの流量が増大した時に中間位置のオイル分離機構14が機能することになる。さらに、最も下流側のオイル分離機構24は、中間位置のオイル分離機構14が機能し始めた後にさらにブローバイガスの流量が増大した段階で初めてリードバルブ30が開いて当該オイル分離機構24が機能することになる。
【0041】
この第2の実施の形態においても、ブローバイガス流量の大小にかかわらず、全体としては広い流量条件下で十分な性能が得られ、しかも大流量時における圧力損失(通流抵抗)も低減できるようになる。
【0042】
図5は本発明に係るオイルセパレータの第3の実施の形態を示す図であり、同図(A)はブローバイガス流量が小さい時の平面図を、同図(B)はブローバイガス流量が大きい時の平面図をそれぞれ示している。
【0043】
図5に示すように、ブローバイガス流入口35とブローバイガス流出口36との間において、比較的小流量時のための上流側のオイル分離機構37と比較的大流量時のための下流側のオイル分離機構38とをオフセットさせて配置してある。
【0044】
具体的には、上流側のオイル分離機構37は、小径のノズル39が形成されたクランク状のノズルプレート40とその下流側に対向配置された同じくクランク状の衝突板41とで構成されていている。衝突板41は下流側のオイル分離機構38のノズルプレート部42を兼ねていて、そのノズルプレート部42には大径のノズル43が形成されている。そして、このノズル43とその下流側の衝突板44とで下流側のオイル分離機構38が構成されている。
【0045】
また、上流側のオイル分離機構37のノズルプレート40には、下流側のオイル分離機構38のための二次流入口45を形成してあるとともに、ノズルプレート45とその下流側の衝突板41との間の空間には図2,3と同様の開閉バルブ46を配置してある。この開閉バルブ46によって常時は二次流入口45を閉止している。なお、衝突板41のうちノズルプレート部42以外の部分および衝突板44は、図2,3の衝突板16,18と同様にその下部が開放されたものとなっている。
【0046】
この第3の実施の形態では、同図(A)に示すように、ブローバイガスが小流量の時には、開閉バルブ46が閉弁状態にあり、下流側のオイル分離機構38は機能しないことになり、上流側のオイル分離機構37のみが機能することになる。そのため、ブローバイガス流入口35から流入したブローバイガスは小径のノズル39を主要素とする上流側のオイル分離機構37によってその気液分離がなされて、ブローバイガス流出口36から流出することになる。
【0047】
他方、ブローバイガスの流量が増大すると、同図(B)に示すように、開閉バルブ46が開き、ブローバイガス流入口35から流入したブローバイガスの大部分は通路抵抗が小さな下流側のオイル分離機構38を通過することになる。そのため、ブローバイガス流入口35から流入したブローバイガスは大径のノズル43を主要素とする下流側のオイル分離機構38によってその気液分離がなされて、ブローバイガス流出口36から流出することになる。
【0048】
この第3の実施の形態においても、先の第1の実施の形態と同様の効果が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】本発明に係るオイルセパレータの第1の実施の形態としてそのオイルセパレータを含むシリンダヘッドカバーを内側から見た説明図。
【図2】図1のA−A線に沿う拡大断面図であって且つブローバイガスの小流量時の作動説明図。
【図3】図1のA−A線に沿う拡大断面図であって且つブローバイガスの大流量時の作動説明図。
【図4】本発明に係るオイルセパレータの第2の実施の形態を示す断面説明図。
【図5】本発明に係るオイルセパレータの第3の実施の形態を示す図であって、(A)はブローバイガスの小流量時の平面説明図、同図(B)はブローバイガスの大流量時の平面説明図。
【符号の説明】
【0050】
1…シリンダヘッドカバー
6…オイルセパレータ
9…セパレータ室
10…ブローバイガス流入口
11…ブローバイガス流入口
12…ブローバイガス流出口
13…オイル分離機構
14…オイル分離機構
15…ノズルプレート
16…衝突板
17…ノズルプレート
18…衝突板
19…開閉バルブ
20…ノズル
21…ノズル
24…オイル分離機構
25…ブローバイガス流入口
26…ノズルプレート
27…ノズル
28…衝突板
29…ボールバルブ
30…リードバルブ
35…ブローバイガス流入口
36…ブローバイガス流出口
37…オイル分離機構
38…オイル分離機構
39…ノズル
40…ノズルプレート
41…衝突板
42…ノズルプレート部
43…ノズル
45…二次流入口
46…開閉バルブ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリンダヘッドカバー内のブローバイガス通路の一部に設けられて、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイルを分離するオイルセパレータであって、
ノズルプレートとその下流側の衝突板との組み合わせからなる少なくとも二つのオイル分離機構をブローバイガス流出口に向かう流れ方向に沿って直列に設けるととに、
オイル分離機構ごとに独立したブローバイガス流入口を設け、
上流側のオイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径を下流側のオイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径よりも小さく設定するとともに、
上流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口の開口面積を下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口の開口面積よりも小さく設定し、
下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口をブローバイガスの流量に応じて開閉可能としたことを特徴とする内燃機関のオイルセパレータ。
【請求項2】
下流側のオイル分離機構に付帯するブローバイガス流入口を開閉するバルブを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。
【請求項3】
シリンダヘッドカバー内のブローバイガス通路の一部に設けられて、ブローバイガスに含まれるミスト状のオイルを分離するオイルセパレータであって、
オイル分離前のブローバイガスが流入するブローバイガス流入口とオイル分離後のブローバイガスが流出するブローバイガス流出口との間に、ノズルプレートとその下流側の衝突板との組み合わせからなる少なくとも二つのオイル分離機構を設け、
各オイル分離機構のノズルプレートに形成されたノズル径を相互に異ならせるとともに、
ブローバイガスの流量に応じてノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かが切換可能と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。
【請求項4】
ノズル径の大きなオイル分離機構を機能させるか否かを切り換えるバルブを備えていることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関のオイルセパレータ。
【請求項5】
各オイル分離機構においては、ノズルを通過したブローバイガスがその下流側の衝突板に衝突することで気液分離作用がなされるようになっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関のオイルセパレータ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2010−144676(P2010−144676A)
【公開日】平成22年7月1日(2010.7.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−325063(P2008−325063)
【出願日】平成20年12月22日(2008.12.22)
【出願人】(000151209)株式会社マーレ フィルターシステムズ (159)
【Fターム(参考)】