(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する静電捕集式オイルミストセパレータであって、
前記フィルタは、前記ブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて設けられる複数のフィルタ本体部と、複数の前記フィルタ本体部の一部同士を連結するフィルタ連結部とを有しており、
前記電極板は、複数の前記フィルタ本体部の間に形成される空隙に対して複数の前記電極板の対向方向に隣り合う空隙が形成されるように設けられている、
静電捕集式オイルミストセパレータ。
【請求項２】
前記電極板は、前記ブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて設けられて複数の前記フィルタ本体部の側面にそれぞれ当接する複数の電極板本体部と、前記フィルタ連結部の側面に当接するとともに複数の前記電極板本体部同士を連結する電極板連結部とを有している、
請求項１に記載の静電捕集式オイルミストセパレータ。
【請求項３】
前記フィルタ連結部は複数の前記フィルタ本体部の上部同士を連結している、
請求項１または請求項２に記載の静電捕集式オイルミストセパレータ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の静電捕集式オイルミストセパレータに適用され、複数の前記電極板への電圧の印加態様を制御する制御装置であって、
複数の前記電極板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、
静電捕集式オイルミストセパレータの制御装置。
【請求項５】
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、複数の前記電極板に印加する電圧を小さくする、
請求項４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及びそ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及び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。前記フィルタは、前記ブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて設けられる複数のフィルタ本体部と、複数の前記フィルタ本体部の一部同士を連結するフィルタ連結部とを有しており、前記電極板は、複数の前記フィルタ本体部の間に形成される空隙に対して複数の前記電極板の対向方向に隣り合う空隙が形成されるように設けられている。
【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、電極板に挟まれておらず静電界の影響を受けにくい空間から、電極板に挟まれており静電界の影響を受ける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、ブローバイガスが、電極板に挟まれていない空間からフィルタ本体部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、上記構成によれば、複数のフィルタ本体部がフィルタ連結部により連結されているため、ブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて複数のフィルタを配置する構成とは異なり、オイルミストセパレータの部品点数が増えることを回避できる。
【００１４】
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、複数の前記電極板への電圧の印加態様を制御する制御装置であって、複数の前記電極板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。
【００１５】
同構成によれば、複数の電極板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、電極板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】
【００１６】
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】
【００１７】
【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】同実施形態の捕集ユニットを示す斜視図。
【図３】同実施形態の複数の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】同実施形態の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】同実施形態のブローバイガスの流量と印加電圧との関係を示すグラフ。
【図７】変形例の捕集ユニットを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図１及び図２に示すように、ケース１１の内部には、捕集ユニット３０が収容されている。捕集ユニット３０は、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５０Ａ（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。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】
電極板４０とフィルタ５０とは同一の側面視形状を有している。
すなわち、図１〜図３に示すように、電極板４０は、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設けられた側面視長方形状の２つの電極板本体部４１と、２つの電極板本体部４１の上部同士を連結する電極板連結部４２とを有している。したがって、電極板４０の長手方向の中央部は、電極板連結部４２よりも下方の部位が側面視長方形状に切り欠かれている（図２参照）。
【００２３】
フィルタ５０は、長手方向に間隔をおいて設けられた側面視長方形状の２つのフィルタ本体部５１と、２つのフィルタ本体部５１の上部同士を連結するフィルタ連結部５２とを有している。したがって、フィルタ５０の長手方向の中央部は、フィルタ連結部５２よりも下方の部位が側面視長方形状に切り欠かれている（図２参照）。
【００２４】
また、フィルタ５０を構成する２つのフィルタ本体部５１の側面全体が、電極板４０を構成する２つの電極板本体部４１にそれぞれ当接するとともに、フィルタ連結部５２の側面全体が電極板連結部４２に当接している。換言すれば、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。
【００２５】
図３に示すように、電極板４０は、フィルタ５０を構成する２つのフィルタ本体部５１の間に形成される空隙Ｓ１に対して複数の電極板４０の対向方向Ｗに隣り合う空隙Ｓ２が形成されるように設けられている。
【００２６】
捕集ユニット３０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）。また、捕集ユニット３０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）。
【００２７】
＜電圧発生装置６０及び電子制御装置８０＞
図３に示すように、捕集ユニット３０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。
【００２８】
電圧発生装置６０により、捕集ユニット３０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。
【００２９】
トランス６２の二次コイル６８には、ダイオード６９、捕集ユニット３０の電極板４０が順に直列にて接続されている。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。
【００３０】
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。
【００３１】
ダイオード６９と捕集ユニット３０とを接続する出力線Ｌａとグランドとの間には、分圧回路７１が接続されている。分圧回路７１の分圧出力は、第２駆動回路６７に入力される。
【００３２】
第２駆動回路６７は、分圧回路７１の分圧出力に基づいて第１駆動回路６５を制御することで捕集ユニット３０への電圧の印加態様を変更する。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
電子制御装置８０は、捕集ユニット３０の各電極板４０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。
【００３６】
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。
そこで、図６に示すように、本実施形態の制御部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ほど各電極板４０に印加する電圧を小さく設定する。
【００３７】
例えば制御部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、高負荷高回転時などのブローバイガスが高流量になる機関運転状態のときに比べて各電極板４０に印加する電圧を小さく設定する。
【００３８】
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電極板４０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。
【００３９】
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５０Ａ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。
【００４０】
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５０Ａ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５０Ａ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。
【００４１】
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。
【００４２】
ここで、ブローバイガスは、電極板４０に挟まれておらず静電界の影響を受けにくい空間から、電極板４０に挟まれており静電界の影響を受けるフィルタ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。
【００４３】
本実施形態では、ブローバイガスが、電極板４０に挟まれていない空間からフィルタ本体部５１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。
【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）フィルタ５０は、ブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて設けられる２つのフィルタ本体部５１と、２つのフィルタ本体部５１の一部同士を連結するフィルタ連結部５２とを有している。電極板４０は、２つのフィルタ本体部５１の間に形成される空隙Ｓ１に対して複数の電極板４０の対向方向Ｗに隣り合う空隙Ｓ２が形成されるように設けられている。
【００４５】
こうした構成によれば、ブローバイガスが、電極板４０に挟まれていない空間からフィルタ本体部５１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に捕捉されやすくなる。
【００４６】
また、２つのフィルタ本体部５１がフィルタ連結部５２により連結されているため、ブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて２つのフィルタを配置する構成とは異なり、フィルタ５０の数が増えること、すなわちオイルミストセパレータ１０の部品点数が増えることを回避できる。
【００４７】
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。
（２）電極板４０は、ブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて設けられて２つのフィルタ本体部５１の側面にそれぞれ当接する２つの電極板本体部４１と、フィルタ連結部５２の側面に当接するとともに２つの電極板本体部４１同士を連結する電極板連結部４２とを有している。
【００４８】
こうした構成によれば、ブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて２つの電極板を配置する構成とは異なり、電極板４０の数が増えること、すなわちオイルミストセパレータ１０の部品点数が増えることを回避できる。また、電極板４０の数が増えないために、配線が複雑になることを回避でき、電圧発生装置６０の構成を簡単にすることができる。したがって、オイルミストセパレータ１０の構成の簡素化を図ることができる。
【００４９】
（３）フィルタ連結部５２は２つのフィルタ本体部５１の上部同士を連結している。
ケース１１の内部を流れるブローバイガスには下方ほどオイルミストが多く含まれている。
【００５０】
上記構成によれば、フィルタ連結部５２が２つのフィルタ本体部５１の上部同士を連結しているため、２つのフィルタ本体部５１の間の空隙Ｓ１が下部に形成されることとなる。このため、オイルミストを効率良く捕集することができる。
【００５１】
（４）電子制御装置８０は、複数の電極板４０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を備えている。
こうした構成によれば、複数の電極板４０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、電極板４０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。
【００５２】
（５）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、複数の電極板４０に印加する電圧を小さくする。
【００５３】
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。
【００５４】
（６）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電極板４０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。
【００５５】
＜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。
・制御部８１が、機関運転状態を検出するための各種センサの検出信号に基づいてケース１１の内部に導入されるブローバイガスの流量を推定するとともに、その推定結果に基づいて各電極板４０に印加する電圧を可変設定するようにしてもよい。
【００５６】
・機関運転状態に関わらず各電極板４０に印加する電圧を固定値に設定することもできる。
・捕集ユニット３０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。また、捕集ユニット３０を構成するフィルタ５０は１枚以上であればよい。
【００５７】
・フィルタ連結部５２が２つのフィルタ本体部５１の上下方向における中央部同士を連結するものであってもよい。また、フィルタ連結部５２が２つのフィルタ本体部５１の下部同士を連結するものであってもよい。また、フィルタ連結部５２が一方のフィルタ本体部５１の上部と他方のフィルタ本体部５１の下部とを連結するものであってもよい。
【００５８】
・図７に示すように、２つの電極板１４０をブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて設けることもできる。この場合、各電極板１４０がフィルタ本体部５１の側面に当接する。
【００５９】
・フィルタが、ブローバイガスの流れ方向に間隔をおいて３つ以上のフィルタ本体部を有するものであってもよい。また、電極板についても同様である。
【符号の説明】
【００６０】
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、３０…捕集ユニット、４０，１４０…電極板、４１…電極板本体部、４２…電極板連結部、５０…フィルタ、５０Ａ…繊維、５１…フィルタ本体部、５２…フィルタ連結部、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…分圧回路、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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【図７】
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