(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置された複数の電極板と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極板の対向面の間に介設されたフィルタとを有する捕集ユニットと、前記捕集ユニットを収容するケースと、複数の前記電極板の間に電圧を印加して電位差を付与する電圧発生装置とを備え、複数の前記電極板の間に電位差が付与されている状態において内燃機関のブローバイガスを前記ケースの内部に導入して前記フィルタを通過させることにより、ブローバイガスに含まれるオイルミストを静電吸着力により分離するとともに分離されたオイル成分を前記ケースの外部に排出し、前記ケースの内部には、複数の前記捕集ユニットが前記ブローバイガスの流れ方向に互いに間隔をおいて配置されている静電捕集式オイルミストセパレータに適用され、複数の前記捕集ユニットへの電圧の印加態様を制御する制御装置であって、
複数の前記捕集ユニットへの電圧の印加態様を機関運転状態に応じて可変設定する制御部を備え、
前記制御部は、前記ケースの内部に導入されるブローバイガスの流量が少ない第２機関運転状態のときには前記捕集ユニットに第２所定値Ｖ２の電圧を印加し、前記第２機関運転状態より前記ブローバイガスの流量が多い第１機関運転状態のときには前記捕集ユニットに第１所定値Ｖ１の電圧を印加し、前記第１機関運転状態より前記ブローバイガスの流量が多い第３機関運転状態のときには前記捕集ユニットに第３所定値Ｖ３の電圧を印加し、
前記制御部は、前記第２機関運転状態のときには、前記第１機関運転状態及び前記第３機関運転状態のときに比べて、電圧を印加する前記捕集ユニットの数を減らし、
前記第１所定値Ｖ１、前記第２所定値Ｖ２、前記第３所定値Ｖ３は、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３の関係式を満たしている
静電捕集式オイルミストセパレータの制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、内燃機関のアイドリングストップ時には全ての前記捕集ユニットへの電圧の印加を停止する、
請求項１に記載の静電捕集式オイルミストセパレータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のブローバイガスをケース内に導入してオイルミストと分離し、分離されたオイル成分を同ケース外に排出する静電捕集式オイルミストセパレータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【０００３】
特許文献１に記載のオイルセミストパレータのケース内には、２つの網状の電極が互いに対向して配置されており、これら電極には電源装置によって電位差が付与されるように構成されている。こうしたオイルセパレータによれば、ブローバイガスが一方の電極を通過する際に同ブローバイガスに含まれる水分が帯電される。そして、帯電された水分が静電気力によって他方の電極に吸着される。このとき、ブローバイガスに含まれるオイルミストは水分と共に電極に吸着される。このようにして、ブローバイガスに含まれるオイルミストが分離される。なお、電極に吸着されたオイル成分や水成分は自重によって落下し、ケースの底壁に形成されたオイル排出口を通じてケース外に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１４１８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載のオイルミストセパレータの場合、ブローバイガスの流速が大きい場合には、オイルが電極に衝突せずに同電極を通り抜けやすい。そのため、オイルミストを効率良く捕集することが難しい。
【０００６】
これに対して、上記オイルセパレータにおいて、電極の網の目を細かくすることによりオイルミストを電極に衝突させやすくすることが考えられる。しかしながら、この場合には、電極の網の目を細かくすることによって通気抵抗が増大することとなり、オイルミストセパレータによる圧力損失が増大するという背反が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、オイルミストを効率良く捕集することのできる静電捕集式オイルミストセパレータの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための静電捕集式オイルミストセパレータは、互いに対向配置された複数の電極板と、電気絶縁材料により形成され、複数の前記電極板の対向面の間に介設されたフィルタとを有する捕集ユニットと、前記捕集ユニットを収容するケースと、複数の前記電極板の間に電圧を印加して電位差を付与する電圧発生装置とを備え、複数の前記電極板の間に電位差が付与されている状態において内燃機関のブローバイガスを前記ケースの内部に導入して前記フィルタを通過させることにより、ブローバイガスに含まれるオイルミストを静電吸着力により分離するとともに分離されたオイル成分を前記ケースの外部に排出する。前記ケースの内部には、複数の前記捕集ユニットが前記ブローバイガスの流れ方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【０００９】
電圧発生装置により各電極板の間に電位差が付与されることにより、各電極板の間には静電界が生じるとともに、フィルタの表面（フィルタが繊維からなる場合には同繊維の表面）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のうち帯電しているものは、各電極板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、フィルタに捕捉されやすくなる。
【００１０】
また、ブローバイガスに含まれるオイルミストのうち帯電していないものは、各電極板の間に介設されたフィルタの空隙（フィルタが繊維からなる場合には繊維同士の間の間隙）を通過する際に誘電分極によりオイルミストの表面に正または負の電荷が生じる。このため、こうしたオイルミストについても静電気力によって、フィルタの表面に生じた負または正の電荷に引き寄せられることとなり、フィルタに捕捉されやすくなる。
【００１１】
これらのことから、目の粗いフィルタであってもオイルミストを効果的に捕捉することができ、フィルタによる通気抵抗の増大を抑制することができる。
ここで、ブローバイガスは電極板の間に介設されたフィルタに流入するときに静電界の影響を大きく受ける。このとき、オイルミストの移動方向が大きく曲げられるため、オイルミストがフィルタに捕捉されやすい。
【００１２】
上記構成によれば、ケースの内部に、複数の捕集ユニットがブローバイガスの流れ方向に互いに間隔をおいて配置されているため、ブローバイガスが捕集ユニットに複数回流入することとなる。このため、オイルミストの移動方向が大きく曲げられる頻度を増やすことができ、オイルミストがフィルタに捕捉されやすくなる。
【００１３】
また、上記目的を達成するための静電捕集式オイルミストセパレータの制御装置は、上記静電捕集式オイルミストセパレータに適用され、複数の前記捕集ユニットへの電圧の印加態様を制御する制御装置であって、複数の前記捕集ユニットへの電圧の印加態様を機関運転状態に応じて可変設定する制御部を備える。
【００１４】
同構成によれば、複数の捕集ユニットへの電圧の印加態様をそのときどきのブローバイガスの流量と相関関係を有する機関運転状態に応じて設定することが可能となる。したがって、捕集ユニットに対して必要以上に電圧が印加されることが抑制され、消費電力を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、オイルミストを効率良く捕集することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】静電捕集式オイルミストセパレータの一実施形態について、オイルミストセパレータ全体を示す斜視図。
【図２】同実施形態におけるオイルミストセパレータに設けられる複数の捕集ユニットのみを示す斜視図。
【図３】同実施形態における複数の捕集ユニットを構成する電極板と電圧発生装置との電気的な接続態様を示す配線図。
【図４】同実施形態における電圧発生装置を中心とした電気回路図。
【図５】オイルミストセパレータの作用を説明するための模式図。
【図６】同実施形態における印加電圧と、オイルミストセパレータの捕集能力との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図１〜図６を参照して、一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合成樹脂材料によって形成されたケース１１を有している。
【００１８】
ケース１１は、上部に開口を有するケース本体２０と、ケース本体２０の開口を閉塞する蓋体２６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と側壁２１とを有している。以降において、底壁２２の長手方向を単に長手方向として説明する。
【００１９】
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導入口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導出口２４が外側に向けて突設されている。底壁２２における導出口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。
【００２０】
図１及び図２に示すように、ケース１１の内部には、第１捕集ユニット３１及び第２捕集ユニット３２が長手方向、すなわちブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて収容されている。
【００２１】
図２に示すように、第１捕集ユニット３１と第２捕集ユニット３２とは同一の構成を有している。すなわち、捕集ユニット３１，３２はそれぞれ、ステンレス鋼からなり、互いに間隔をおいて対向配置された４枚の電極板４０と、電気絶縁材料であるポリエステルの繊維５１（図５参照）の不織布からなり、各電極板４０の対向面の間に介設された３枚のフィルタ５０とを有している。フィルタ５０の側面全体が隣り合う一対の電極板４０の対向面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。
【００２２】
第１捕集ユニット３１は、導入口２３が形成された側壁２１に対して間隔をおいて配置されている（図示略）。第２捕集ユニット３２は、導出口２４が形成された側壁２１に対して間隔をおいて配置されている（図１参照）。
【００２３】
＜電圧発生装置６０及び電子制御装置８０＞
図３に示すように、第１捕集ユニット３１を構成する各電極板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。
【００２４】
また、第２捕集ユニット３２を構成する各電極板４０にも、第１捕集ユニット３１と同様にして、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。
第１捕集ユニット３１及び第２捕集ユニット３２は電圧発生装置６０に対して並列接続されている。
【００２５】
電圧発生装置６０により、各捕集ユニット３１，３２の互いに隣り合う電極板４０の間に電位差を付与することが可能とされている。
図４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第１駆動回路６５が接続されている。
【００２６】
トランス６２の二次コイル６８には、ダイオード６９、第１捕集ユニット３１の電極板４０、第１リレー７１が順に直列にて接続されている。また、二次コイル６８には、第２捕集ユニット３２の電極板４０及び第２リレー７２が順に直列にて接続されている。第１捕集ユニット３１の電極板４０及び第１リレー７１と、第２捕集ユニット３２の電極板４０及び第２リレー７２とは、二次コイル６８に対して並列接続されている。
【００２７】
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。
第１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。
【００２８】
第１リレー７１及び第２リレー７２には、第１リレー７１及び第２リレー７２を制御するとともに第１駆動回路６５を制御して捕集ユニット３１，３２への電圧の印加態様を変更する第２駆動回路６７が接続されている。また、第２駆動回路６７には電子制御装置８０が接続されている。
【００２９】
電子制御装置８０は、内燃機関の運転制御を行うものであり、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。
【００３０】
電子制御装置８０には、機関運転状態を検出するための各種センサの検出信号が入力される。こうしたセンサとしては、機関回転速度ＮＥを検出する機関回転速度センサや、アクセルペダルの操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ、スロットルバルブの開度ＴＡを検出するスロットルセンサや、吸入空気量ＧＡを検出するエアフローメータ、機関冷却水の温度Ｔを検出する水温センサなどがある。
【００３１】
電子制御装置８０は、２つの捕集ユニット３１，３２への電圧の印加態様を機関回転速度ＮＥや機関負荷ＫＬなどの機関運転状態に応じて可変設定する制御部８１を備えている。なお、本実施形態では、機関負荷ＫＬとして、そのときの吸入空気量ＧＡと、そのときの機関回転速度ＮＥにおいて得られる吸入空気量の最大値である最大吸入空気量ＧＡｍａｘとの比「ＧＡ／ＧＡｍａｘ」を用いている。
【００３２】
図６に二点鎖線にて示すように、ケース１１の内部に導入されるブローバイガスの流量が多くなるほど、オイルミストセパレータ１０には、より高い捕集能力が求められる。
また、印加電圧が同一であれば、両方の捕集ユニット３１，３２に電圧を印加する場合（同図の実線）の方が、片方の捕集ユニット３１（３２）に電圧を印加する場合（同図の波線）よりもオイルミストセパレータ１０の捕集能力が高くなる。
【００３３】
そこで、本実施形態の制御部８１は、例えば高負荷高回転時などのケース１１の内部に導入されるブローバイガスが高流量になる機関運転状態のときには、両方の捕集ユニット３１，３２に対して第３所定値Ｖ３の電圧を印加する。
【００３４】
また、制御部８１は、中負荷中回転時などのケース１１の内部に導入されるブローバイガスが中流量になる機関運転状態のときには、両方の捕集ユニット３１，３２に対して第３所定値Ｖ３よりも低い第１所定値Ｖ１（＜Ｖ３）の電圧を印加する。
【００３５】
また、制御部８１は、低負荷低回転時やアイドル運転時などのケース１１の内部に導入されるブローバイガスが低流量になる機関運転状態のときには、第１捕集ユニット３１のみに対して第３所定値Ｖ３よりも低く、且つ第１所定値Ｖ１よりも高い第２所定値Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）の電圧を印加する。
【００３６】
また、制御部８１は、内燃機関のアイドリングストップ時には全ての捕集ユニット３１，３２への電圧の印加を停止する。
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。
【００３７】
図１に示すように、導入口２３を通じてケース１１内に導入されたブローバイガスは導出口２４に向けて流れる。
電圧発生装置６０により各電極板４０の間に電位差が付与されることにより、図５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。
【００３８】
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、こうしたオイルミストＭについても静電気力によって、フィルタ５０の繊維５１の表面に生じた負（−）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。
【００３９】
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、オイルミストＭが分離されたブローバイガスは、導出口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成分は同底壁２２を伝って移動し、オイル排出口２５を通じてケース１１の外に排出される。
【００４０】
ここで、ブローバイガスは電極板４０の間に介設されたフィルタ５０に流入するときに静電界の影響を大きく受ける。このとき、オイルミストＭの移動方向が大きく曲げられるため、オイルミストＭがフィルタ５０に捕捉されやすい。
【００４１】
本実施形態では、ケース１１の内部に、２つの捕集ユニット３１，３２がブローバイガスの流れ方向に互いに間隔をおいて配置されている。このため、ブローバイガスが捕集ユニット３１，３２に２回流入することとなる。このため、オイルミストＭの移動方向が大きく曲げられる頻度を増やすことができ、オイルミストＭがフィルタ５０に捕捉されやすくなる。
【００４２】
また、ケース１１の内部に導入されるブローバイガスが中流量になる機関運転状態のときには高流量になる機関運転状態のときに比べて、捕集ユニット３１，３２への印加電圧が小さくされる。このため、ブローバイガスが中流量のときに必要以上に大きな電圧が印加されることが抑制される。
【００４３】
また、ケース１１の内部に導入されるブローバイガスが低流量となる機関運転状態のときには中流量や高流量になる機関運転状態のときに比べて、電圧を印加する捕集ユニット３１，３２が減らされる。このため、ブローバイガスが低流量のときに必要以上に多くの捕集ユニット３１，３２に電圧が印加されることが抑制される。
【００４４】
以上説明した本実施形態に係る静電捕集式オイルミストセパレータ及び静電捕集式オイルミストセパレータの制御装置によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ケース１１の内部には、２つの捕集ユニット３１，３２がブローバイガスの流れ方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【００４５】
こうした構成によれば、ケース１１の内部に、２つの捕集ユニット３１，３２がブローバイガスの流れ方向に互いに間隔をおいて配置されているため、ブローバイガスが捕集ユニット３１，３２に２回流入することとなる。このため、オイルミストの移動方向が大きく曲げられる頻度を増やすことができ、オイルミストがフィルタ５０に捕捉されやすくなる。したがって、オイルミストを効率良く捕集することができる。よって、オイルミストの捕集に必要な印加電圧を低くすることができ、消費電力を低減することができる。
【００４６】
（２）電子制御装置８０は、２つの捕集ユニット３１，３２への電圧の印加態様を機関運転状態に応じて可変設定する制御部８１を備える。
こうした構成によれば、２つの捕集ユニット３１，３２への電圧の印加態様をそのときどきのブローバイガスの流量と相関関係を有する機関運転状態に応じて設定することが可能となる。したがって、捕集ユニット３１，３２に対して必要以上に電圧が印加されることが抑制され、消費電力を低減することができる。
【００４７】
（３）制御部８１は、ケース１１の内部に導入されるブローバイガスの流量が少ない機関運転状態のときには当該ブローバイガスの流量の多い機関運転状態のときに比べて、電圧を印加する捕集ユニット３１，３２の数を減らす。
【００４８】
こうした構成によれば、ブローバイガスの流量の少ないときに必要以上に多くの捕集ユニット３１，３２に電圧が印加されることを抑制することができる。したがって、オイルミストを効果的に捕集しつつ消費電力を低減することができる。
【００４９】
（４）制御部８１は、ケース１１の内部に導入されるブローバイガスの流量が少ない機関運転状態のときには当該ブローバイガスの流量の多い機関運転状態のときに比べて、捕集ユニット３１，３２に印加する電圧を小さくする。
【００５０】
こうした構成によれば、ブローバイガスの流量の少ないときに必要以上に大きな電圧が印加されることを抑制することができる。したがって、オイルミストを効果的に捕集しつつ消費電力を低減することができる。
【００５１】
（５）制御部８１は、内燃機関のアイドリングストップ時には全ての捕集ユニット３１，３２への電圧の印加を停止する。
アイドリングストップ時にはケース１１の内部にブローバイガスが導入されなくなる。上記構成によれば、無駄な電力消費を抑制することができ、消費電力を一層低減することができる。
【００５２】
＜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。
・各捕集ユニット３１，３２を構成する電極板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。
【００５３】
・ケース１１の内部に導入されるブローバイガスが低流量になる機関運転状態のときに、第２捕集ユニット３２のみに対して電圧を印加することもできる。
・上記実施形態では、ケース１１の内部に導入されるブローバイガスの流量が少ない機関運転状態のときには当該ブローバイガスの流量の多い機関運転状態のときに比べて、電圧を印加する捕集ユニット３１，３２の数を減らすようにした。また、ブローバイガスの流量が少ない機関運転状態のときには当該ブローバイガスの流量の多い機関運転状態のときに比べて、捕集ユニット３１，３２に印加する電圧を小さくするようにした。これに代えて、ブローバイガスの流量が少ない機関運転状態のときには当該ブローバイガスの流量の多い機関運転状態のときに比べて、各捕集ユニット３１，３２に印加する電圧を小さくするだけでもよい。あるいは、ブローバイガスの流量が少ない機関運転状態のときには当該ブローバイガスの流量の多い機関運転状態のときに比べて、電圧を印加する捕集ユニット３１，３２の数を減らすだけでもよい。
【００５４】
・捕集ユニットの数は２つに限定されず、３つ以上の捕集ユニットをブローバイガスの流れ方向に互いに間隔をおいて配置することもできる。
【符号の説明】
【００５５】
１０…オイルミストセパレータ、１１…ケース、２０…ケース本体、２１…側壁、２２…底壁、２３…導入口、２４…導出口、２５…オイル排出口、２６…蓋体、３１…第１捕集ユニット、３２…第２捕集ユニット、４０…電極板、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…第１駆動回路、６６…検出抵抗、６７…第２駆動回路、６８…二次コイル、６９…ダイオード、７０…コンデンサ、７１…第１リレー、７２…第２リレー、８０…電子制御装置（制御装置）、８１…制御部。
【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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【図６】
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