JP2008540908A - クランクハウジングを排気する際にガスを浄化する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、クランクハウジングを排気する際にガスを浄化する装置（１０）に関するものであって、その内部に分離室（１４）が設けられている、ハウジング（１２）と、ハウジング内に回転可能に軸承されたロータ軸（３２）および分離室（１４）内に配置された遠心ロータ（３９）を備えたロータ配置部と、駆動流体を用いてロータ軸（３２）を駆動するための流体の駆動装置（６４）とを有し、その場合に駆動装置（６４）が駆動室（６０）内に配置されており、前記駆動室がハウジング分離壁（１６）によって分離室（１４）から分離されており、その場合にロータ軸（３２）がハウジング分離壁（１６）の貫通部を通して延びている。この装置において、前記貫通部の領域内に、駆動室（６０）を分離室（１４）からシールするためのラビリンスシール（７０）が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、クランクハウジングを排気する際にガスを浄化する装置であって、内部に分離室が設けられているハウジングと、該ハウジング内に回転可能に軸承されたロータ軸および前記分離室内に配置された遠心ロータを備えたロータ配置部と、駆動流体を用いて前記ロータ軸を駆動するための流体の駆動装置と、を具備し、前記駆動装置が駆動室内に配置されており、該駆動室がハウジング分離壁によって該分離室から分離されており、前記ロータ軸が該ハウジング分離壁の貫通部を通して延びている前記ガスを浄化する装置に関する。

この種の装置は、従来技術から知られている。すなわち、文献ＷＯ２００４／０９１７９９Ａ１は、該当する装置を示しており、その装置によって内燃機関に由来するオイル−空気−混合気のオイル粒子が遠心ロータを用いて分離される。遠心ロータは、一群のスタック状に配置された、円錐台形状に形成された分離板を有しており、その分離板が規則的な間隔でロータ軸上に配置されて、このロータ軸と相対回動不能に結合されている。分離板は、その中央の領域に、互いに整合する貫通部を有している。分離板の間に、円錐状に延びる流出領域が形成され、その流出領域は分離室の半径方向外側の領域へ連通している。ロータ軸およびそれに伴って遠心ロータは、タービンホィールを介して駆動され、そのタービンホィールは駆動室内に配置されて、作動状態においてオイルビームが衝突させられる。遠心ロータの回転運動に基づいて、内燃機関からこの中央の領域へ導入されたオイル−ガス−混合気も回転されて、半径方向外側へ移送される。混合気は、円錐状に延びる流出領域を通って流れる。その場合にオイル−ガス−混合気内に含まれるオイル粒子が分離板に接して分離される。さらに、遠心ロータの中央の領域内に生じる負圧によって、内燃機関から他のオイル−ガス−混合気が吸い込まれる。

分離板に接して分離されたオイルは、その回転運動とそれからもたらされる遠心力により、同様に半径方向外側へ移送されて、最後に分離板の半径方向外側の端縁から分離室を画成するハウジング壁へ放出される。分離されたオイルは、このハウジング壁から重力によって下方の収集通路内へ流入し、流出開口部を介して再び内燃機関のオイル循環へ供給される。

上述した従来技術において、分離室が駆動室からできる限り密に分離されていなければならない必要性が説明されている。特に、タービンホィールを駆動する場合に駆動室内に生じるオイル滴が分離室内へ流入して、そこですでにオイル粒子を除去されている空気を再び汚染することが、回避されなければならない。そのために、ハウジング壁内に収容され、かつロータ軸を回転可能に軸承する軸受を、接触型ディスクシールによってできる限り流体密かつ気密に形成することが行われる。もちろん、ディスクシールは駆動時間の増加につれてある程度の摩耗にさらされ、それによってそのシール作用が衰えることが、明らかにされている。さらに、この従来技術においては、分離室と駆動室との間にオイル収集室が設けられている。もちろん、所定の作動状況においては、分離室内に著しい圧力上昇が生じることがあり、その場合、圧力は、途中に介在するオイル収集室や接触型シールディスクのために、駆動室に対し圧力降下させることはできない。その結果として、オイル−ガス−混合気は分離室から流出開口部を介してオイル収集室内へ逃げるので、分離されたオイルは一時的にもはや分離室から流出することができない。それによって装置の作動が損なわれる。

遠心分離装置のためのシールリングが、ＵＳ６６７６１３１から知られている。これは、取付手段、および、シールリングを収容する溝内での良好な固定手段に関して利点を有している。

他の分離装置が、ＵＳ２００４／０１０７６８１Ａ１から知られている。この従来技術においても、遠心ロータは、タービンホィールを介してオイルビームによって駆動される。しかし、タービンホィールは分離室内に直接設けられているので、タービンホィールにオイルビームが当接する場合に生じるオイル滴が、浄化すべきオイル−ガス−混合気を付加的に汚染する。

そして、文献ＥＰ０９３３５０７Ｂ１にも分離装置が示されており、その分離装置において遠心ロータはチェーンドライブを介して駆動される。

ＷＯ２００４／０９１７９９Ａ１ ＵＳ２００４／０１０７６８１Ａ１ ＥＰ０９３３５０７Ｂ１

本発明の課題は、簡単かつ安価な構造で、分離室と駆動室との間の十分な流体密のシールを提供し、かつこれらの室間の均圧化を可能にする、冒頭で挙げたタイプの装置を提供することである。

この本発明の課題は、冒頭で挙げたタイプの装置によって解決され、その装置においてハウジング分離壁の貫通部の領域内に、駆動室を分離室からシールするためのラビリンスシールが設けられている。

すなわち、駆動室内に生じるオイル滴が分離室内へ侵入することを防止するために、非接触のラビリンスシールで十分であることがわかってきている。しかし、ＷＯ２００４／０９１７９９Ａ１に基づく従来技術に記載された解決手段に比較して、非接触のラビリンスシールの使用は、分離室内の高い圧力の作動状態において、ラビリンスシールの間隙を通して駆動室と分離室の間の均圧化を行うことができるという利点を有している。すなわち、オイル流出開口部の望ましくない「ブロッキング」が生じないので、均圧化の間も継続して分離室からオイルが流出することができる。従って、本発明に基づく装置の、従来技術に比較して、一層信頼できる作動が達成される。

本発明の好ましい実施形態において、ハウジング壁が軸受ブッシュを有しており、その中に、ロータ軸を軸承するための軸受、好ましくは玉軸受が収容されている。これに関連してさらに、軸受ブッシュをハウジング分離壁内に一体化することができる。好ましくは、軸受ブッシュは、駆動室へ向かって突出する、パイプ突出部を有している。このパイプ突出部は、ラビリンスシールを実現するために効果的に利用することができる。そして、本発明の実施変形例において、ラビリンスシールは、一周する軸方向の溝を有するシールディスクを有しており、パイプ突出部の自由端部が軸方向の溝内へ、好ましくは非接触で、嵌入する。さらに、本発明のこの実施変形例において、シールディスクは、回転するようにロータ軸に連結されている。従ってラビリンスシールは、本発明のこの実施形態において、ハウジング固定のパイプ突出部と回転するロータ軸との間に形成されている。従って本発明は、作動中に相互に回転する部分を、摩耗の生じやすい接触シールによって密閉することを回避している。

本発明の実施形態において、駆動装置は流体により駆動される駆動ホィール、好ましくは流体を供給されるタービンホィールを有しており、それがロータ軸上に相対回動不能に取り付けられて、シールディスクと連結されている。しかし、同様に、他の種類の駆動装置、たとえばオイル浴槽内で回転するチェーンドライブなどを使用することも、可能である。

駆動ホィールを使用する場合に、本発明の実施変形例においては、シールディスクは駆動ホィールと軸受との間に配置されている。本発明のこの実施形態において、さらに、シールディスクが厚みの大きい径方向領域を有しており、それが軸受のインナーリングと接触するようにすることができる。このようにして、シールディスクは、また軸受を固定するために使用される。

本発明は、さらに、非接触で分離室を駆動室からシールする、ラビリンスシールを有する、上述した種類の装置におけるシール配置に関する。

以下、添付図面を用いて、本発明を例で説明する。

図１には、本発明に基づく遠心分離装置が、長手軸Ａを含む断面で示され、かつ全体を符号１０で示されている。分離装置１０は、分離室１４を包囲するハウジング１２を有している。ハウジング１２は、下方へ向かって開放して形成されて、底側のハウジング分離壁１６によって閉鎖されている。ハウジングの上方の領域内には、分離室１４へ連通する入口２０を定める、流入短管１８が設けられている。ハウジング１２は、その下方の領域内に、さらに、図示されていない出口を有している。ハウジング１２は、入口２０の近傍に保持ウェブ２２と２４を有しており、それらが軸受カップ２６を収容してハウジング１２内に保持している。軸受カップ２６は、段付きで形成されており、貫通部２８を有しているので、入口２０が分離室１４と流体接続されている。

軸受カップ２６内に、玉軸受３０がそのアウターリングを介して固定されて収容されている。玉軸受３０のインナーリングは、ロータ軸３２上にプレス嵌めされている。ロータ軸３２は、さらに、他の玉軸受３４を介してハウジング分離壁１６内に軸承されている。そのためにハウジング分離壁１６は、中央の貫通部を有しており、その貫通部が一体的に形成されたパイプ形状の突出部３６によって包囲されている。玉軸受３４は、そのアウターリングによってパイプ突出部３６の内周面内に圧入されており、かつ、突出部３６にその下方の端部で直径減少させて保持される。それに対して玉軸受３４のインナーリングは、ロータ軸３２上に取付けられている。

２つの玉軸受３０と３４の間において、ロータ軸３２上に複数の円錐台形状の分離板３８が規則的な間隔で配置され、かつ相対回動不能に取り付けられている。分離板３８も、その水平に延びる中央の領域内にそれぞれ貫通部４０を有している。ロータ軸３２と分離板３８が一緒になって遠心ロータ３９を形成している。

ハウジング１２内にさらに、内部に一体的に形成された収集通路４４を備えた底部分４２が配置されている。収集通路４４は、半径方向内側において、漏斗底４２に形成された、一周する通路壁４６によって画成されている。すなわち、底部分４２とハウジング分離壁１６の間に、オイル収集容器４８が形成される。収集通路４４は、周方向に均一に分配された、底側の流出スリット５０を介してオイル収集容器４８と接続されている。オイル収集容器４８内に、オイルを排出するための流出開口部５２が設けられている。

ハウジング分離壁１６の下方に、駆動室６０が配置されており、その駆動室は部分的にのみ示されている。ロータ軸１６が、パイプ突出部３６を通って駆動室６０内へ延びている。その自由端部６２に、タービンホィール６４として形成された駆動ホィールが相対回動不能に取り付けられている。タービンホィール６４は、その上方の端部にタービン羽根６６を有しており、そのタービン羽根に図１と２には図示されていないノズルを介してオイルビームを供給することができるので、タービン羽根６６に当接するオイルビームがタービンホィール６４とそれに伴ってロータ軸１６を、それに取り付けられている分離板３８と共に軸Ａを中心に回転させる。下方の玉軸受３４の領域における配置の詳細は、図２からも明らかである。

図１と２からさらに明らかなように、タービンホィール６４の上方の端部に、凹部６８が設けられており、その中へ鋼あるいは他の形状の安定した材料からなるシールディスク７０が挿入されている。シールディスク７０の詳細が、図３に示されている。シールディスクは、中央の貫通部７２を有しており、その貫通部が隆起した径方向領域７４によって縁取られている。隆起した径方向領域７４は、玉軸受３６のインナーリングに接して設置するために用いられる。シールディスク７０の下側は、実質的に平坦に形成されている。さらに、シールディスク７０は、一周する溝７６を有しており、その溝の幅Ｂはパイプ突出部３６の下方の自由端部の肉厚ｂを上回っている。取り付けた状態において、パイプ突出部３６の下方の自由端部は溝７６内へ非接触で突出するので、パイプ突出部３６の下方の自由端部と溝７６との間にラビリンス状の間隙が形成される。間隙幅は、たとえば０．０１ｍｍから０．２０ｍｍの範囲にある。

以下、本発明に基づく装置１０の作動を説明する。すでに示唆したように、タービンホィール６４のタービン羽根６６に流体、好ましくはエンジンオイル、が圧力の下で噴射されるので、タービンホィール６４が回転して、ロータ軸３２を駆動する。ロータ軸３２と共に、分離板３８が回転する。分離板は、ロータ軸３２と分離板３８からなる遠心ロータ３９の中央の領域内にある空気を回転させるので、この空気は遠心作用に基づいて外側へ流れる。それによって、中央の領域内の負圧と吸込み作用（矢印Ｐを参照）が生じるので、オイル−空気−混合気が流入短管１８を介して内燃機関のクランクハウジングから吸い込まれる。オイル−空気−混合気は、空気から分離されるべきオイル粒子を含んでいる。

オイル−空気−混合気は、貫通部２８を通して分離板３８へ当接し、そこで回転される。オイル−空気−混合気の一部は、貫通部４０を通して下方へ流れ、オイル−空気−混合気の他の部分は遠心力によって半径方向外側へ移動して、分離板３８の円錐状の領域に当接する。その場合にオイル−空気−混合気内に含まれるオイル滴が空気から分離されて、分離板に付着して残る。分離されたオイルは、遠心力によって分離板３８上で半径方向外側へ移送されて、最終的にその半径方向外側の端縁において、図１に符号５４で示すように、放出される。ハウジング側壁５６にオイルフィルム５８が形成され、そのオイルフィルムは重力によって下方へ流れて、収集室４４内に集まる。分離されたオイルは、そこから流出スリット５０を介して液体収集容器４８内へ流出して、再びエンジンのオイル循環内へ案内されることができる。オイル粒子から分離されて、浄化された空気は、図示されていない出口を介して分離室１４から流出して、外気へ放出することができる。

作動中において、タービンホィール６４を駆動する際に駆動室内へ噴射される比較的大量のオイルが、収集容器４８内、あるいは分離室１４の領域内へ流入することは、無条件に回避されなければならない。それによって装置１０の作動が著しく損なわれてしまう。そして、この目的のために、ラビリンスシールを形成するためのシールディスク７０が設けられているのである。
本発明に基づく、溝７６を有するシールディスク７０の使用と、それによってもたらされる非接触のラビリンスシールは、たとえば、ＷＯ２００４／０９１７９９Ａ１に示されるような接触型シールに比較して、著しい利点を有することが示されている。
まず第１に、接触型シールは、作動期間が増大するにつれてますます大きくなる摩耗にさらされ、それが特に、シールをだめにしてしまうことがある。それに対して、本発明に基づくラビリンスシールは非接触で機能し、従って摩擦に基づく摩耗にさらされることはない。
さらに、所定の作動状況において、特に内燃機関が高出力で駆動される場合に、分離室内に比較的高い圧力または圧力ピークが生じることがあり、それを短時間で解消させなければならない。流出スリット５０と流出開口部５２を介しての圧力降下は、回避されなければならない。なぜならば、それを回避できないと、オイルが流出するプロセスが中断されて、場合によっては非常に多くのオイルが分離室１４内に残ってしまうからである。これは、結果として分離作用の悪化をもたらす。本発明は、シールディスク７０とパイプ突出部３６の間のラビリンスシールを介して、駆動室６０に対する圧力降下を行うことができる、という利点を提供する。それにもかかわらず、ラビリンスシールは、駆動室６０に対して分離室１４を十分良好にシールしているので、駆動室６０内に存在するオイル滴は分離室１４内へ侵入することはできない。

図１は、本発明に基づく装置の軸を含む断面図である。 図２は、図１にIIで示された領域を拡大して示している。 図３は、本発明に基づくシールディスクの横断面である。

Claims (10)

1. クランクハウジングを排気する際にガスを浄化する装置（１０）であって、
   内部に分離室（１４）が設けられているハウジング（１２）と、
   該ハウジング内に回転可能に軸承されたロータ軸（３２）および前記分離室（１４）内に配置された遠心ロータ（３９）を備えたロータ配置部と、
   駆動流体を用いて前記ロータ軸（３２）を駆動するための流体の駆動装置（６４）と、
   を具備し、
   前記駆動装置（６４）が駆動室（６０）内に配置されており、該駆動室がハウジング分離壁（１６）によって該分離室（１４）から分離されており、前記ロータ軸（３２）が該ハウジング分離壁（１６）の貫通部を通して延びている前記ガスを浄化する装置において、
   前記貫通部の領域内に、前記駆動室（６０）を前記分離室（１４）からシールするためのラビリンスシール（７０）が設けられていることを特徴とする、クランクハウジングを排気する際にガスを浄化する装置（１０）。
2. 前記ハウジング分離壁（１６）が、軸受ブッシュ（３６）を有しており、該軸受ブッシュ内に、前記ロータ軸（３２）を軸承するための軸受（３６）、特に玉軸受が収容されていることを特徴とする請求項１に記載の装置（１０）。
3. 前記軸受ブッシュ（３６）が、前記ハウジング分離壁（１６）内に一体化されていることを特徴とする請求項２に記載の装置（１０）。
4. 前記軸受ブッシュが、前記駆動室（６０）へ向かって突出する、パイプ突出部（３６）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の装置（１０）。
5. 前記ラビリンスシールが、一周する軸方向の溝（７６）を備えたシールディスク（７０）を有しており、かつ
   前記パイプ突出部（３６）の自由端部が、前記軸方向の溝（７６）内へ、好ましくは非接触で、嵌入することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置（１０）。
6. 前記シールディスク（７０）が、回転するように前記ロータ軸（３２）に連結されていること請求項５に記載の装置（１０）。
7. 駆動装置が、流体により駆動可能な駆動ホィール（６４）、好ましくは流体を供給されるタービンホィール、を有し、前記駆動ホィールが前記ロータ軸上に相対回動不能に取り付けられて、前記シールディスク（７０）と連結されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置（１０）。
8. 前記シールディスク（７０）が、駆動ホィール（６４）と軸受（３６）の間に配置されていることを特徴とする請求項２および７に記載の装置（１０）。
9. 前記シールディスク（７０）が、厚みの大きい径方向領域（７４）を有しており、前記径方向領域が軸受（３６）のインナーリングと接触することを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の装置（１０）。
10. 非接触で前記分離室（１４）を前記駆動室（６０）からシールする、ラビリンスシールを具備する請求項１から９のいずれか１項に記載の装置におけるシール配置体。

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