JP2012519795A - 組み込まれた油分離装置を備える中空体 - Google Patents

Abstract

本発明は、中空体（２）、特にカムシャフトであって、組み込まれた油分離装置を備えており、中空体（２）の中空室（３）内にスワール発生器（４）が配置されており、中空体（２）が、油含有のガスを中空室（３）内へ導入するための周壁側の少なくとも１つの供給開口部（９）を有し、更に、分離された油を導き出すため並びに油が除去されたガスを導き出すための少なくとも１つの排出開口部（１６；１８）を有している形式のものに関する。本発明によれば、中空体（２）は、その中空室（３）内に、流れ方向で見てスワール発生器（４）の後に配置された油分離リング（５）を有している。

Description

本発明は、少なくとも部分的に中空円筒状に形成された部材（中空体として形成された部材（ボディー又は構成部分）、以下「中空体」とも称する）であって、該部材（中空体）内に組み込まれた油分離装置を備えており、中空体の中空室内にスワール発生器が配置されており、中空体が、油含有のガスを中空体の中空室内へ導入するための周壁側の少なくとも１つの供給開口部を有しており、中空体は、更に、分離された油を導き出すため並びに油が除去されたガスを導き出すための少なくとも各１つの排出開口部を有している形式のものに関する。中空体は、有利にはカムシャフトによって形成されている。

油分離装置を内蔵する中空シャフトは、既に国際公開第２００６／１１９７３７号明細書により公知であり、シャフトの外周に配置された上流分離器の他に、シャフトの中空室内に内蔵され、つまり組み込まれたスワール発生器が下流分離器若しくは最終分離器として形成されている。

更に、VDI-Bericht (VDI-Bericht Nr. 2042, 2008, Seite 152, Kapitel 4 und Bild 6 [VDI-リポート、Nr. 2042、2008年、152頁、４章、図６])により、油分離部を内蔵するカムシャフトが公知であり、カムシャフトの中空室内に、スクリュー状若しくはねじ状のスワール発生器が配置されている。

本発明の課題は、組み込まれた油分離装置を備える、つまり油分離装置を内蔵する冒頭に述べた形式の中空体に改良を加えて、該中空体（油分離装置内蔵形の中空体）を簡単な構造かつ安価に製造することができ、該中空体によりいわゆるブローバイ・ガスの最適な油分離を保証することである。以下において、ブローバイ・ガスは、同じ意味で、オイルミスト若しくは油含有のガスとも称される。

前記課題を解決するために、本発明の構成によれば、ブローバイ・ガスの流れ方向で見て、中空体内に組み込まれて第１（内部）の油分離段を形成するスワール発生器の後に、つまり下流に、（第２（内部）の油分離段として機能する）油分離リングが支承されている（中空体の中空室内に同軸に配置又は収容されている）。

本発明の形態によれば、油分離リングは、該油分離リングの外周（外側の周面、即ち外周面）でもって、中空体の内壁（内周面）に接触しており、かつ外周に軸線方向に延びる少なくとも１つの切欠き部若しくは溝を有している。中空体は、中空体の中空室から、分離された油を導き出すための第１の少なくとも１つの排出開口部、並びに中空体の中空室から、油が除去されたガスを導き出すための第２の少なくとも１つの排出開口部を有しており、この場合に、排出開口部の少なくとも１つ、特に第１の排出開口部は、中空体の周壁に設けられた開口部によって形成されている。

有利な形態によれば、旋回しながら進む、つまり螺旋を描きながら進む流れ（螺旋流）を形成するスワール発生器（螺旋流形成装置）は、中空体の軸線の方向に延びる本体（ボディー又は心棒）により形成されており、該本体は、該本体の外囲に少なくとも１つのねじ山を有し、若しくは少なくとも１つのねじ山を形成しており、該ねじ山は、スワール発生器の本体（ベース体又は心棒）と中空体の内壁又は内周面との間に、導入された油含有のガス（オイルミスト）の案内のための少なくとも１つの流れ通路（フローチャンネル）を形成している。この場合に、油を除去すべきブローバイ・ガスは、少なくとも１つの孔を通って、特に中空体の内周面に接して配置された孔を通って流れるようになっている。有利な形態によれば、ブローバイ・ガスの導入のために複数の孔を設けてあり、各孔は、有利には、中空体の内周面と接線を成して配置され、つまり、中空体の内周面に接して配置されかつ中空体の軸線方向で互いにずらして配置されている。中空体の内周面に接して延びる孔、つまり中空体の内周面に接して配置される孔とは、孔の、中空体の半径方向（放射線方向）の配置とは異なって次のように規定される孔を意味し、つまり、中空体の内周面に接し（内周面と接線を成し）て延びる孔は、稜角を成すことなく（段差なしに）、中空体の横断面で見て中空体の内周面の円形の輪郭に滑らかに移行しており、つまり、ブローバイ・ガスの導入のための孔の、孔中心線に対して平行に延びる１つの母線が、中空体の横断面で見て円形の内周面に対して接線を成して配置されている。

本発明の特に有利な実施形態によれば、スワール発生器の本体は、少なくとも一部分に第２のねじ山を有している。この場合に、第２のねじ山は、有利には、本体の第１のねじ山と一緒に、少なくとも部分的に互いに並行又は並列に延びる２つの流れ通路又は流路を形成するようになっている。つまり、本体の第１のねじ山と第２のねじ山とは、二条ねじ山（多条ねじ山）を成している。有利な形態によれば、２つのねじ山を備える中空体の構成は、スワール発生器の始端部領域に設けられており、供給開口部は、該供給開口部を経て中空体内に流入する油含有の空気（ブローバイ・ガス）が、ほぼ流動抵抗なしに、若しくは流動抵抗を最小にされた状態で中空体の内部へ導かれるように、配置されている。ブローバイ・ガスは、中空体の内部に形成される負圧より中空体の中空室内へ吸い込まれるので、流動抵抗を最小にすることにより負圧を維持することが試みられる。必要な負圧は、例としてカムシャフトの中空室に接続されるポンプによって形成されてよい。第２のねじ山は、有利な形態によれば、完全なねじ山一巻き（３６０°）のほぼ半分にわたって延びるように形成されている。

本発明の形態によれば、スワール発生器の少なくとも１つのねじ山は、該ねじ山の長さにわたって一定でないリード（ピッチ）を有しており、つまり１つのねじ山若しくは各ねじ山は、そのリード（ピッチ）を変化させて形成されている。別の形態によれば、両方のねじ山のリードは互いに同じ大きさであり、リードは、全体的に第１（長い方）のねじ山によって規定され、或いは第１のねじ山に課せられる要求に基づき設定される。有利な形態によれば、ねじ山のリードは、流れ方向でねじ山の推移又は進行に伴って、つまり、流れ通路の推移（経過）に伴って減少し、即ち、流れ通路の経路長さ又は延在長さにわたって次第に減少している。言い換えれば、ねじ山のリードは、１つのねじ山のねじ山壁間の間隔、ひいてはねじ山壁（ねじ山側面）により画定される流路若しくは流れ通路の断面（流れに対して垂直な断面、つまり流過断面）が次第に減少するように、変化させられる。このような構成により、ブローバイ・ガスが、流路若しくは流れ通路内を流れ進むにつれて次第に加速されて、中空体の中空室内に生じる負圧が維持されるようになっている。

分離された油を、かつ／又は油の除去されたブローバイ・ガス（浄化されたブローバイ・ガス）を排出するために、中空体には周壁に１つ若しくは複数の排出開口部（周壁側の排出開口部）、有利には半径方向の排出開口部を設けてあり、油を除去されつつ中空体内を軸線方向に流過するガスは、中空体の中空室内に配置されて排出開口部の後に位置する流れ案内要素により、外側へ半径方向の排出開口部に向けて転向させられるようになっている。このために、流れ案内要素は、該流れ案内要素の中心（軸線上）に配置されかつほぼ円錐形に形成された延長部を有しており、延長部は、該延長部の先端（円錐尖端）を流れ方向と逆の方向（上流）に向けられていて、軸線方向の流れを、周壁側の排出開口部に向けて案内するようになっている。分離されて中空体の内壁に沿って流過する油は、中空体内から、流れ方向で見て、ガスのための周壁側の排出開口部の前（上流）に配置された周壁側の油・排出開口部を通して導出される。

中空体の特に有利な実施形態によれば、中空体は、複数の箇所に支承区分を有していて、中空体の組み付け状態では支承区分を介して、中空体に対応配置された支承装置と協働するようになっており、つまり、支承装置内に支承されるようになっている。中空体の支承区分は、中空体の回転可能な支承のために、中空体に対応配置された支承体と協働する硬化された平滑な表面として形成されている。この場合に、支承体は、滑り支承部として形成され、或いは任意の転がり支承部として形成されていてよい。分離された油若しくは浄化されたブローバイ・ガスの導出（流出案内）のための半径方向の各排出開口部は、有利な形態によれば、中空体の支承区分の領域に配置されている。分離された油若しくは浄化されたブローバイ・ガスの引き続く案内のために、中空体の支承区分（支承箇所）と協働する支承装置が、同様に、対応する排出開口部若しくは排出通路を有している。この場合に、支承装置の排出通路と中空体の周壁の排出開口部とは、ほぼ同じ方向にかつ同列に延びるように配置されていてよい。考えられる別の形態によれば、分離された油のための排出開口部と浄化されたブローバイ・ガスのための排出開口部とは、軸線方向で互いにずらして配置され、かつ互いに相対する方向に向かって中空体の周壁内及び支承装置内を延びている。

本発明の別の有利な形態によれば、スワール発生器にバイパス通路を組み込んである。この場合に、バイパス通路は、スワール発生器内を軸線方向に延びて両方の端部で開いている孔（貫通孔）として形成されている。バイパス通路（バイパス孔）は、バイパス通路内に組み込まれたバイパス弁を用いて、圧力に依存して、つまり中空室内の圧力差に基づき開閉され、つまり、例えば中空体周壁に追加的に設けられた供給開口部若しくはスワール発生器の上流側の中空室に対して接続又は遮断されるようになっている。中空体周壁に追加的に設けられる少なくとも１つの供給開口部は、スワール発生器の、排出開口部とは逆の側でスワール発生器の前に配置されていて、油含有のガス（油を含むガス）を中空体の中空室へ導入するために用いられる。

次に本発明を、図示の有利な形態に基づき詳細に説明する。

本発明に係る実施形態の、油分離装置を内蔵する中空体の縦断面図である。 図１の中空体の、図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 別の実施形態の中空体の、図２に類似する断面図である。 中空体内に組み込むべきスワール発生器の実施形態の概略的な斜視図である。 油分離リングの実施形態を示す図である。 油分離リングの別の実施形態を示す図である。 油分離リングの更に別の実施形態を示す図である。 油分離リングの更に別の実施形態を示す図である。 油分離リングの更に別の実施形態を示す図である。 油分離リングの更に別の実施形態を示す図である。 油分離リングの更に別の実施形態を示す図である。 本発明に係る別の実施形態の中空体の、油及びガスのための排出開口部の領域の部分の縦断面図である。 本発明に係る更に別の実施形態の中空体の、油及びガスのための排出開口部の領域の部分の縦断面図である。 本発明に係る更に別の実施形態の、バイパス通路を含む油分離装置を内蔵する中空体の断面図である。 本発明に係る更に別の実施形態の、軸線方向に移動可能なねじ山若しくはねじ山区分を含むスワール発生器を内蔵する中空体の断面図である。 図９の中空体の、ねじ山若しくはねじ山区分が軸線方向で移動した状態で示す断面図である。

図１には、本発明に係る油分離装置が概略的に示され、具体的には、本発明に係る中空体２が、該中空体に組み込まれた油分離装置と一緒に概略的に示されており、中空体は、以下においては、シャフト部材２若しくはカムシャフト２とも称される。図示の実施形態では、油分離装置は、軸線方向に中空であり軸線方向の中空室３を有するシャフト部材２、中空室３内に配置されたスワール発生器４、油分離リング５、並びに油排出通路６及びガス排出通路７によって形成されている。カムシャフト２は、次のような縦軸線９ａを有しかつ中空室３に通じる供給開口部９を備えており、つまり、供給開口部９の縦軸線９ａは、カムシャフト２の横断面の中心点（中心線）を通る任意の半径線と合致しておらず、つまり、該半径線に対して角度を成している。有利には、供給開口部９の縦軸線９ａは、供給開口部（供給孔）９の、その縦軸線９ａに対して平行に延びる供給開口部孔壁部分９ａ′が、中空室３の横断面で見て円形の内壁２ａ（以下、周面２ａとも称する）に対して接線を成して延びるように、形成されている。つまり、供給開口部９の縦軸線９ａは、中空室３の横断面で見て内壁２ａの接線に対して平行に延びている。本発明において、シャフト部材２の内壁に対して接線を成して延びる孔は、次のような孔（穿孔）を意味し、つまり、半径方向に配置（形成）される孔とは異なり、シャフト部材２の内壁の横断面で見て円形の輪郭へ変化なしに又はスムーズに若しくは滑らかに、即ち段差なしに又は稜角を成すことなく移行する孔を意味しており、言い換えれば、孔縦軸線９ａに対して平行に延びる供給開口部孔壁部分（孔壁面）９ａ′は、中空のシャフト部材２の円形の内壁２ａに対する接線に沿って配置され、即ち該接線に沿って延びている。油を除去すべきブローバイ・ガスは、接線方向の供給開口部９を通って中空室３内へ流れ、つまり導入され、接線方向の１つ若しくは複数の供給開口部９を通した導入に際して既に所定のねじれ運動又は螺旋運動を与えられるようになっている。供給開口部９の接線方向の推移（経過）は、供給開口部９から中空室３内へのブローバイ・ガスの流入及び流通を促進して、ブローバイ・ガスを直接に中空室３の周面に沿って案内するものである。発生する遠心力に基づき、ブローバイ・ガスの重い油粒子は、中空室３の内壁２ａ（周面）へ押されて、分離され、そこに油膜を形成することになる。

有利には、複数の供給開口部９をカムシャフト２に設けてあり、複数の供給開口部９は好ましくはカムシャフト２の周囲にわたって分配され、かつカムシャフト２の中心軸線の方向で互いに離間して配置されている。このような構成により、中空室３内に流入するブローバイ・ガスのねじれ運動又は螺旋運動、ひいては油分離装置の効率が高められる。

油分離装置の有利な形態によれば、カムシャフト２の外側の周面（外周面）で供給開口部９の領域に配置された翼状部材２Ｓが、シャフト部材２の中空室３内へのブローバイ・ガスの流入をサポートするようになっている。翼状部材２Ｓは、素材結合（例えば溶接結合又は融着結合や接着結合等）、及び／又は摩擦結合、及び／又は嵌合結合若しくは係止結合によりカムシャフト２に取り付けられるようになっている。

供給開口部９の下流に配置される（第１の分離段として作用する）スワール発生器４は、ほぼスクリュー状若しくはねじ状に形成されていて、周囲に少なくとも１つのねじ山Ｓを有している。ねじ山Ｓにより、スワール発生器４の本体とシャフト部材２の内壁２ａとの間に、導入される油含有のガス（オイルミスト、ブローバイ・ガス）の案内のための流れ通路ＳＷが形成されている。少なくとも１つの供給開口部９は、少なくとも１つのねじ山Ｓの始端領域に対して次のように配置され、つまり、流れの転向による圧力損失が最小になるように配置されている。スワール発生器４は、その全長を機能的に２つの区域部分Ｉ，ＩＩに分けられている。図示の実施形態では、区域部分Ｉが、流れ方向で見て区域部分ＩＩの前（上流）に配置されている。区域部分Ｉ，ＩＩにおいて、中空室３の周面２ａを用いて、つるまき線状又は螺旋状に延びる流路若しくは流れ通路区分が形成されており、この場合に、ねじ山Ｓ（若しくはねじ山Ｓ１，Ｓ２）のリードは、区域部分Ｉ，ＩＩの長さにわたって変化していてよく、特に流れ方向で減少している。区域部分Ｉ，ＩＩにおけるリードの変化は、スワール発生器の流れ通路ＳＷ；ＳＷ１，ＳＷ２の流過断面（流れに垂直な横断面）に直接に影響を及ぼし、ひいては、流れ通路内の流速に影響を及ぼすことになる。つまり、例えば流過断面Ａの減少により、対応する流れ通路区分の流速は増大される。

特に図４から見て取れるように、スワール発生器４は、少なくとも特定区域に追加のねじ山Ｓ２を有していてよいものである。追加（第２）のねじ山Ｓ２は、図示の実施形態では、（３６０°にわたって延びる）完全なねじ山一巻きのほぼ半分にわたって延びており、つまりほぼ半巻きで形成されている。この場合に、第２のねじ山は、その進行（延び若しくは推移又は経過）に関し、第１のねじ山Ｓ１の進行に対して同一進行（同じ方向又は並進的）に形成されており、かつ軸線方向の始点に関し、第１のねじ山に対して流れ方向に（前へ）ずらして配置され、特にリードのほぼ半分の長さにわたってずらして配置されている。これにより、特にねじ山の始端部の少なくとも一部分に、互いに並行（並進的又は並列的）に延びていて流動抵抗の極めて低い２つの流路ＳＷ１，ＳＷ２が形成さている。

スワール発生器４、若しくはそのねじ山Ｓ又はねじ山Ｓ１，Ｓ２は、シャフト部材２内において、供給開口部９に対して次のように配置されており、つまり、供給開口部９が、第１のねじ山の始端の前でシャフト部材２の中空室３内に開口している。有利な実施形態では、スワール発生器４は、シャフト部材２の中空室３内に固定的に結合され、その結果、スワール発生器４は、駆動されるカムシャフト２の回転運動により回転させられるようになっている。スワール発生器４は、素材結合部、若しくは摩擦結合部、若しくは嵌合結合部或いは係止結合部を介してシャフト部材２に配置されていてよい。図示の実施形態によれば、スワール発生器４は突起部を有しており、該突起部が、スワール発生器４をシャフト部材２内に保持するために、シャフト部材２の周壁に設けられた開口部内に係合している。スワール発生器４は、カムシャフト２の領域に発生する熱や油との接触に十分に耐える材料から成っている。

供給開口部９を介して中空室３内に供給されたブローバイ・ガスに、スワール発生器４により付加的な螺旋運動（ねじり運動）が与えられ、その結果、ブローバイ・ガス内に浮遊している油には、大きな遠心力が作用することになる。従って、流れに追随しない油粒子（滴及び／又は固体粒子）は、中空室３の周面２ａ上に油膜として分離される。油膜は、流れによって引き続き下流へ推進される。

スワール発生器４がブローバイ・ガスに螺旋運動を付与し、これにより、カムシャフト２の軸線からの半径方向の距離の増大に伴って、オイルミスト内を浮遊する油粒子の割合及び質量は増大する。スワール発生器４の下流に配置される（第２の油分離段を形成する）油分離リング５は、直接に、中空室内の周面側の領域内を流れる、油粒子で富化されたガス流内に、つまり油粒子の割合の高いガス流内に位置している。油分離リング５は、その周囲の一部分で中空室３の周面２ａに支えられている。有利な実施形態によれば、油分離リング５の周囲に、軸線方向へ延びる複数の溝若しくは切欠き部５ａを分配して設けてあり、このような構成により、油分離リング５がその全周囲で中空室３の周面２ａと接触することはなく、分離された油若しくは周面２ａに沿って流れる油膜が、油排出通路６に向かって流出できるようになっている。

図５ａ〜図５ｇに、油分離リング５の有利な種々の実施形態を示してある。油分離リング５は、各実施形態において周面の領域の流れに対して、衝突要素として形成された著しい流れ妨害物を成すものである。ブローバイ・ガス内を浮遊する油粒子は、油分離リング５における急激な方向転換に応働できず、油分離リング５の端面に衝突し、これにより、オイルミストから分離されることになる。スワール発生器４と同様に、オイルリング５も、従来技術で知られている素材結合、若しくは摩擦結合、若しくは嵌合結合或いは係止結合により、シャフト部材２の中空室３内の所望の位置に固定されるようになっている。

図５ａに示す簡単な実施形態では、油分離リング５は、環状又は円形リング状の中実の衝突要素（円形リング状の衝突板）として形成されている。

図５ｂでは、図５ａの油分離リング５が、複数の穴若しくは穴列を備えている。該実施形態では、互いに角度をずらしてかつ前後に配置されかつ結合要素５ｂを介して１つの複合体としてまとめられる同一の複数の円形リング板の配置により、互いに接続された複数の中空室から成る系が形成されるようになっていてよく、つまり、複数の中空室から成り油分離リング５を貫通するラビリンス（迷路）が形成されるようになっていてよいものである。油分離リング５の端面（板平面）は、衝突要素を成すのに対して、ラビリンスは、衝突要素と転向要素との組合せである。このような衝突要素及び転向要素を用いることにより、比較的軽い油粒子もオイルミストから分離され、従って、オイルミストは、油分離リング５の下流では浄化されたガスとして認められるものである。該実施形態の油分離リング５の形成のための材料は、例えば多孔質又は多孔性のプラスチック、若しくは焼結材料等であってよい。有利には、油分離リング５は、複数の中空室及びラビリンスを画成するプラスチック製編組体若しくは金属製編組体（図５ｃ）を含んでいてよく、この場合に、油分離リング５は有利には、円筒状（中空シリンダー状）の支持リングＴを含んでおり（図５ｄ）、支持リングは、編粗体を支えていて、更に中空室３内における編粗体の固定のために用いられるものである。

いずれの実施形態においても、油分離リング５はその全周囲では周面２ａと接触していない。つまり、油分離リング５はその周囲に、適切な複数の溝又はくぼみ若しくは切欠き部５ａを有しており、油膜として分離された油は、中空室３の周面２ａに沿って、油分離リング５の外周面の切欠き部５ａを経て流れるようになっている。

油分離リング５の図５ｅ及び図５ｆに示す実施形態においては、流れ方向で見て、焼結材料、及び／又はプラスチック製編組体若しくは金属製編組体及び／又は孔開きの単数若しくは複数の薄板リング（多孔板製リング）の後に、閉じたリング５０（閉鎖リング、孔開きでない薄板から成るリング）を配置してあり、該閉じたリングは、その周囲に半径方向外側へ延びるウエブ領域５０ａ（中空室３内における半径方向の支持のための支持ウエブ）を有している。焼結部材及び／又は編粗体及び／又は孔開きの薄板リングを支持又は保持する支持リングＴは、油分離リング内で既に分離された油の、中空体中心又は中空体中心線に向かう押し流しを阻止する。閉じたリング５０は、流れに対して付加的な衝突要素又はそらせ板を成して、油分離リング５内でそのラビリンス状の分離領域を流過するガス流に、半径方向外側へ中空体２の内壁２ａに向かう運動を与えるものである。いずれの実施形態においても、オイルミストは、油分離リング５に沿って流れ、若しくは油分離リング５を通って流れ、これにより、油粒子が油分離リング５に析出され、或いは既に中空室３の周壁上に（第１の第１の分離段「スワール発生器」により）分離されている油膜に向かって流れる。油分離リング５内における半径方向の油流は、カムシャフト２の回転により引き起こされる。カムシャフト２を、回転する構成部分若しくは回転可能に支承された構成部分として形成してない場合には、分離された油の排出は、シャフト部材２を斜めに配置することにより達成され（勾配と重力による排出）、若しくは他の適切な手段、例えば浄化されたガス流の特別な案内により達成される（分離された油の押し退け）。

スワール発生器４の下流に接続される追加的な油分離器はリングとして形成されているので、最小流過断面（リングの内側の断面）は、常にガス流のために提供される。このような構成により、油分離装置は、凍結や閉塞による機能低下を効果的にかつ確実に防止されている。

油分離リング５の下流に、例えばシャフト部材２の終端に油排出通路６及びガス排出通路７が配置されている（図１）。油排出通路６及びガス排出通路７は、例えば、カムシャフト２の端面に接続されている。浄化されたガスは専らカムシャフト２の軸線の近傍を流れるので、ガス排出通路７及びその排出開口部はカムシャフト２の軸線の近傍に配置されており、このような構成により、ガス排出通路７が、浄化されたガスのみを受け入れて、案内するようになっている。断面で見てほぼＴ字形の浸漬管とも称される排出管１２は、その中央の脚部（管片部分）でもって、端面の開けられたカムシャフト２内へ突入していて、中央で、つまり中央の脚部により、カムシャフト２の流出部の軸線近傍の領域に中央のガス・排出通路７を形成し、かつ縁側で、つまり中央の脚部の外周領域で、中空のカムシャフト２の周壁と一緒に油・排出通路６を形成している。カムシャフト２上に装着されたシールリングＤにより、排出管１２とカムシャフト２との間の結合部（接続部）が密閉されており、従って、浄化されていないガスがガス・排出通路を介して吸い込まれないようになっている。カムシャフト２内へ突入している排出管２の中央部分（中央の脚部）の周壁は、カムシャフト２の内部において、油分離リング５の内径に対応していて、かつ油分離リング５に対して軸線方向の所定の距離を置いて位置しており、これにより、油排出通路６の始端と油分離リング５との間に、流れの静められた領域１１（該領域を、分離された油若しくは油膜は、該領域の近くを通過する浄化されたガスの影響をほとんど受けることなく流出する）が形成されている。分離された油若しくは油膜の流出（排出）は、油分離装置の有利な実施形態によれば、カムシャフト２の端部における適切な位相に基づきかつカムシャフト２の回転によって促進される。この場合に、位相の角度は、エンジンの組み付け状態を考慮して、分離された後の油の自然な流出が、エンジンの停止、ひいてはカムシャフト２の止まっている場合にも生じるように選ばれる。

図６及び図７には、油分離装置の別の実施形態の油排出通路６及びガス排出通路７が示してある。この場合には、油排出通路６もガス排出通路７も、カムシャフト２の支承のための支承装置１４内に組み込まれている。油分離リング５の上流に配置される構成部分並びに油分離リング５は、前述の実施形態のものに相応して形成されている。

図６には、中空シャフトとして形成されかつ支承装置１４に回転可能に支承されたシャフト部材２が、該シャフト部材に組み込まれた油分離装置と一緒に、縦断面図で示されている。

支承装置１４は、支承体１４ａを有しており、該支承体は、（例えばシリンダーヘッド部分として形成された）支承ブロックの形で構成され、若しくはシリンダーヘッドに取り付けられる別個の構成部分として構成されていてよいものである。シャフト部材２の回転可能な支承のために、可能な１つの実施形態で支承装置１４を形成する支承体１４ａは、該支承体の中空円筒形の内周面でもって、シャフト部材２の硬化された領域（支承区分２ａ）と一緒に滑り支承部を形成するようになっている。支承装置１４の別の実施形態では、支承装置は、中空円筒状の内周面にわたって分配された複数の転動体１４ｂを有していてよく、該転動体を介して、少なくとも部分的に表面硬化されたシャフト部材２が回転可能に支承されている。図６及び図７にも示してある実施形態では、前記支承装置は、シールリング１４ｃを有しており、該シールリングは、隣接のガス・通路７を、シールリング１４ｃが設けられている部分に対して密閉している。このような構成により、浄化されていないガスをガス・排出通路７内に吸い込んでかつ内燃機関へ供給してしまうようなことが避けられるようになっている。シャフト部材２は、いわゆるブローバイ・ガスから分離された油を導き出すためのほぼ半径方向の少なくとも１つの排出開口部１６を有している。図示の実施形態では、油及びガスのための半径方向の排出開口部１６，１８を設けてあり、この場合に、シャフト部材２は、排出開口部１６，１８の領域で支承装置１４によって支持されている。支承装置１４は、浄化されたガスの排出（導出）のため並びに分離された油の排出（導出）のために、各排出開口部１６，１８と連通する各排出通路６，７を有している。油・排出通路６の領域で支承装置１４に、或いはその支承体１４ａに半径方向シールリング１４ｄを配置してあり、該半径方向シールリング（ラジアルシールリング）は、油・排出開口部１６にも油・排出通路６にも連通する少なくとも１つの油通路６′を有している。半径方向シールリング１４ｄは、その内周面に、周方向へ延びる溝Ｎを有しており、該溝内に、分離されて中空体２の内壁に堆積（析出）しかつ該内壁（内周面）に沿って移動しつつ全周に分配された複数の油・排出開口部１６を経て流出する油が受容され、次いで該溝Ｎから、該溝Ｎに開口している油通路６′内へ導かれるようになっている。半径方向シールリング１４により、つまり、全周で摩擦力により支承装置１４内に保持されかつ内側へシャフト部材２の表面に向けられた複数のシールリップを介してシャフト部材２に対して密閉された半径方向シールリング１４ｄにより、分離された油の確実な導出が保証され、かつ隣接のガス・通路７内への吸込が確実に阻止されるようになっている。

図示の実施形態では、シャフト部材２は、支承装置１４内に複数の転動体１４ｂを介して回転可能に支承して保持されている。シャフト部材２の、転動体１４ｂ（転がり支承部）と協働する、若しくは支承体１４ａの部分（滑り支承部）と協働する１つ又は複数の支承区分２ｂは、硬化されかつ／又は表面処理されたシャフト部材区分として構成されていてよい。支承装置１４を滑り支承部としてではなく、転がり支承部として形成する場合には、支承装置１４若しくはその支承体１４ａには、油若しくは油及びガスのための排出開口部の配置のための、転動体のない領域が設けられている。シャフト部材２の、該シャフト部材が支承装置１４と協働する領域、若しくは支承装置１４によって取り囲まれる領域には、油若しくはガスの導出のための半径方向の少なくとも１つの排出開口部（若しくは排出孔）１６，１８が設けられている。有利な実施形態では、シャフト部材２の全周にわたって一様に分配された各複数の孔（穿孔）を、ガスのための排出開口部と油のための排出開口部として次のように設け、つまり、全周にわたって一様（リング状）に分配配列された複数の孔から成る一方の孔リング（一方又は一つの配列孔）は、浄化されたブローバイ・ガスの導出のために形成されており、かつ全周にわたって一様（リング状）に分配配列された複数の孔から成る他方の孔リング（他方又は別の配列孔）は、ブローバイ・ガスから分離された油の導出のために形成されている。この場合に、周壁側の、つまり周壁に設けられた各排出開口部１６，１８は、支承装置１４若しくは支承体１４ａに形成されかつ各排出開口部１６，１８と連通する各排出通路６，７と協働するようになっている。
排出開口部１６，１８と連通する排出通路６，７は、支承装置１４において環状通路として形成されており、該環状通路は、シャフト部材２から導き出すべき油若しくはガスのための対応する半径方向の少なくとも１つの排出通路区分を備えている。

排出開口部１６，１８の領域で既に構成成分若しくは油がほぼ分離されたブローバイ・ガスを、分離された構成成分若しくは油とは別個に排出するために、シャフト部材２の中空室３内には、流れ案内要素１５が設けられており、該流れ案内要素によって、軸線方向に流れるガス流が、半径方向の少なくとも１つのガス排出開口部１８内へ転向案内される。この場合に、流れ案内要素１５は、周囲にシール要素Ｄを備えていて、浄化されたブローバイ・ガスのできるだけ全てのガス成分を半径方向の排出開口部１８から導き出すようになっている。このために、流れ案内要素１５は、実質的に栓状若しくはコルク状に形成されていて、到来する流れを受ける側の端面に、円錐状の延長部１５ａを有しており、該延長部は前記端面の中央に配置されていて先細りに突出している。流れ案内要素１５は、相対する端面にねじ孔１５ｃを有している。ねじ孔は、特に、図示の装置の簡単な分解のために用いられる。組み込まれた油分離装置によりシャフト部材２の内壁上へ分離された油を別個に排出するために、油排出開口部１６と、流れ方向で見て少なくとも１つの油排出開口部１６の後（下流）に配置された少なくとも１つのガス排出開口部１８との間に、油案内要素１５ｂ；１５ｂ′が配置されている。油案内要素１５ｂは、図６に示してあるように、流れ案内要素１５と一体に形成されていてよい。本発明の別の実施形態によれば、図７に示してあるように、油案内要素１５ｂ′は、別個の構成部分として、例えばガス排出開口部１８と油排出開口部１６との間に配置された別個の分離リングとして形成されていてよい。

油分離装置の図８に示す実施形態では、スワール発生器４は、その内部を軸線方向に延びるバイパス通路２１を有しており、該バイパス通路は、ブローバイ・ガスに対して追加的な流過断面を開放し、その結果、中空体２内における相応の圧力調整を達成するために、バイパス弁２２によって開かれて、ブローバイ・ガスを流過させるようになっている。バイパス通路２１は、（流れ方向で見て）スワール発生器４の終端領域で中空室３内に、有利には、スワール発生器４の縦軸線に対して０°〜１１０°の角度（特に約９０°）を成して開口している。シャフト部材２の中空室３に開口するバイパス通路２１の流出開口部における流出角度は、有利には次のように設定されており、つまり、バイパス通路２１から中空室３内へ設定された流出角度で流出するブローバイ・ガスが、流れ方向で中空室内へのバイパス通路の流出開口部の後（下流）に位置する油分離リング５を負荷し、つまり油分離リングに沿って流れ、若しくは油分離リングの周りを流れ、或いは油分離リングを貫いて流れて、油分離リングにおいて著しく効果的な油分離を行うようになっている。有利な実施形態では、バイパス通路２１は、その流出領域で次のように形成されており、つまり、バイパス通路２１の流出開口部（流出通路部分）の中心軸線が、スワール発生器４の縦軸線に対して約９０°の角度を成して延びている。バイパス通路２１は、中空体２の付加的な供給開口部２３を介して外部領域と接続されていて、ブローバイ・ガスの圧力を受けるようになっている。スワール発生器４は、該スワール発生器が、シャフト部材２の中空室３を、圧力的に分離されていてバイパス弁２２を介して互いに接続可能な２つの圧力領域に区分けするように、形成されている。この場合に、付加的な供給開口部２３は、第１の少なくとも１つの供給開口部９から、スワール発生器４の分離用本体領域（該本体領域内にバイパス弁２２が配置されている）によって流体技術的に分離され、つまり第１の供給開口部９との間の相互の通流を遮断されている。ガス排出通路７を介して接続されてシャフト部材２の中空室３内に負圧を形成するポンプＰを用いて、強すぎる圧力が形成されると、或いはカムシャフト２の外側領域内の圧力が大きすぎると、バイパス弁２２は開いて、ブローバイ・ガスのためにバイパス通路２１を開放することになる。このような構成により、スワール発生器４を介した圧力差が、容積流に依存してほぼ一定に保たれて、スワール発生器４は設定された効率で作動されるようになっている。

本発明の図９及び図１０に示してある実施形態においては、少なくとも１つのねじ山Ｓ：Ｓ１，Ｓ２は、少なくとも部分的にスワール発生器４のベース部分上を軸線方向に移動可能又は摺動可能に構成され、若しくはベース部分に沿って軸線方向に移動可能又は摺動可能に構成されている。特に、少なくとも１つのねじ山Ｓ１，Ｓ２（１つのねじ山の壁部又は側壁）は、少なくとも部分的にスワール発生器４のベース部分に沿って移動可能（若しくは摺動可能）になっており、その結果、螺旋状に延びる流路若しくは流れ通路ＳＷの流過断面が、能動的（アクティブ）に変化され、つまり調節されるようになっている。このような能動的な調節は、例えばブローバイ・ガス自体のガス流によって行われてよい。このために、ねじ山の壁部又は側壁（若しくはねじ山区分）は、スワール発生器４のベース体上を、つまりベース体（本体）に沿って移動可能（若しくは摺動可能）に該ベース体に支承されている。移動可能なねじ山（若しくはねじ山区分）は、設定された力により、例えば例えばばね若しくは戻しばねを用いて、予め規定された位置に保たれており、流過するブローバイ・ガスの流れにより、移動可能なねじ山に作用する流力がばねの力を上回ると、移動可能なねじ山（若しくはねじ山区分）はブローバイ・ガスの流力により移動させられることになる。軸線方向の調節は、追加的な構成として、或いは単独の構成として、予め規定された制御パラメータに基づき自動的に若しくは手動で行われてよい。移動可能に支承されたねじ山（又はねじ山区分）Ｓ′は、点模様を付けて描かれており、図１０には、移動可能なねじ山（又はねじ山区分）Ｓ′の、図９とは異なる作動位置が示されており、該位置では、ねじ山（又はねじ山区分）Ｓ′は、移動不能に形成されたねじ山（又はねじ山区分）に対して流れ方向に所定の距離ｘにわたって移動させられていることになる。

２ 中空体、 ２ａ 内壁、 ２ｂ 支承区分、 ２Ｓ 翼状部材、 ３ 中空室、 ４ スワール発生器、 ５ 油分離リング、 ５ａ 切欠き部、 ５ｂ 結合要素、 ５０ 閉鎖リング、 ５０ａ 支持ウエブ、 ６ 油用の排出通路、 ６′ 油通路、 ７ ガス用の排出通路、 ９ 供給開口部、 ９ａ 縦軸線、 ９ａ′ 孔壁部分、 １１ 領域、 １２ 排出管、 １４ 支承装置、 １４ａ 支承体、 １４ｂ 転動体、 １４ｃ シールリング、 １４ｄ 半径方向シールリング、 １５ 流れ案内要素、 １５ａ 延長部、 １５ｂ；１５ｂ′ 油案内要素、 １５ｃ ねじ孔、 １６ 油用の排出開口部、 １８ ガス用の排出開口部、 ２０ シール及び固定要素、 ２１ バイパス通路、 ２３ 供給開口部、 Ａ 流過断面、 Ｄ シールリング、 Ｎ ラジアルシールリング用の溝、 Ｐ ポンプ、 Ｓ，Ｓ１，Ｓ２ ねじ山又はねじ溝画成部、 ＳＷ，ＳＷ１，ＳＷ２ 流れ通路、 Ｔ 支持リング、 Ｉ，ＩＩ 流れ通路の区分部分

Claims (18)

1. 少なくとも部分的に中空円筒状に形成された中空体（２）、特にカムシャフトであって、組み込まれた油分離装置を備えており、
   前記中空体（２）の中空室（３）内にスワール発生器（４）が配置されており、
   前記中空体（２）は、油含有のガスを前記中空室（３）内へ導入するための周壁側の少なくとも１つの供給開口部（９）を有しており、
   前記中空体（２）は、分離された油を導き出すため並びに油が除去されたガスを導き出すための少なくとも１つの排出開口部（１６；１８）を有している形式のものにおいて、
   前記中空室（３）内には、流れ方向で見て前記スワール発生器（４）の後に、油分離リング（５）が配置して支承されていることを特徴とする、組み込まれた油分離装置を備える中空体。
2. 前記油分離リング（５）は、該油分離リングの外側の周面でもって、前記中空体（２）の内壁（２ａ）に接触しており、かつ前記外側の周面に軸線方向に延びる少なくとも１つの切欠き部（５ａ）を有している請求項１に記載の中空体。
3. 前記中空体（２）は、前記中空室（３）から、分離された油を導き出すための第１の少なくとも１つの排出開口部（１６）、並びに前記中空室（３）から、油が除去されたガスを導き出すための第２の少なくとも１つの排出開口部（１８）を有しており、前記排出開口部（１６；１８）の少なくとも１つは、特に前記第１の排出開口部（１６）は、前記中空体（２）の周壁側の開口部によって形成されている請求項１又は２に記載の中空体。
4. 周壁側の２つの排出開口部（１６；１８）が設けられており、該排出開口部のうちの第１の排出開口部（１６）は、分離された油を導き出すために用いられており、かつ、該排出開口部のうちの、流れ方向で見て前記第１の排出開口部（１６）の後に配置された第２の前記排出開口部（１８）は、浄化されたガスを導き出すために用いられている請求項３に記載の中空体。
5. 前記中空体（２）は、支承装置（１４）内に回転可能に支承して保持されており、前記支承装置（１４）は、前記中空体（２）を、該中空体の周壁側に配置された少なくとも１つの前記排出開口部（１６；１８）の領域で取り囲んでおり、前記支承装置（１４）は、前記排出開口部（１６；１８）と連通する排出通路（６；７）を有している請求項３又は４に記載の中空体。
6. 前記中空室（３）内に流れ案内要素（１５）を設けてあり、該流れ案内要素は、浄化されたガスの流れを、周壁側の少なくとも１つの排出開口部（１８）に向けて案内するようになっている請求項３から５のいずれか１項に記載の中空体。
7. 前記流れ案内要素（１５）は、該流れ案内要素の中心に配置されかつほぼ円錐形に形成された延長部（１５ａ）を有しており、該延長部は、該延長部の先端を流れ方向と逆の方向に向けていて、軸線方向の前記流れを、前記周壁側の排出開口部（１８）に向けて案内するようになっている請求項６に記載の中空体。
8. 前記周壁側の両方の排出開口部（１６，１８）は、流れ方向で見て、前記油分離リング（５）の後でかつ前記流れ案内要素（１５）の前に配置されており、前記両方の排出開口部（１６，１８）間に油案内要素（１５ｂ；１５ｂ′）が配置されている請求項４から７のいずれか１項に記載の中空体。
9. 前記スワール発生器（４）は、前記中空体（２）の軸線方向に延びる本体により形成されており、該本体は、該本体の周囲に少なくとも１つのねじ山（Ｓ）を有しており、該ねじ山（Ｓ）は、前記スワール発生器（４）の前記本体と前記中空体（２）の前記内壁（２ａ）との間に、導入された油含有のガスの案内のための流れ通路（ＳＷ）を形成している請求項１から８のいずれか１項に記載の中空体。
10. 前記少なくとも１つのねじ山（Ｓ）は、該ねじ山の長さにわたって一定でないリードを有しており、該リードは、流れ方向で見て前記流れ通路（ＳＷ）の推移に伴って減少している請求項９に記載の中空体。
11. 前記スワール発生器（４）の前記本体は、少なくとも一部分に第２のねじ山（Ｓ２）を、該第２のねじ山により、互いに並行延びる２つの流れ通路（ＳＷ；ＳＷ２）が少なくとも一部分に形成されるように、有している請求項１から１０のいずれか１項に記載の中空体。
12. 前記第２のねじ山（Ｓ２）は、該ねじ山の完全な一巻きのほぼ半分にわたって、かつ第１の前記ねじ山（Ｓ１）の進行方向と同じ方向に延びている請求項１１に記載の中空体。
13. 前記ねじ山（Ｓ；Ｓ１，Ｓ２）のうちの少なくとも１つは、少なくとも部分的に軸線方向移動可能に前記スワール発生器（４）の前記ベース体に支承されている請求項９から１２のいずれか１項に記載の中空体。
14. 前記少なくとも１つの供給開口部（９）は、流れの転向による圧力損失が最小になるように、前記少なくとも１つのねじ山（Ｓ）の始端部領域に対応して配置されている請求項９から１３のいずれか１項に記載の中空体。
15. 前記少なくとも１つの供給開口部（９）は、孔として形成されていて、該孔が、前記中空体（２）の横断面で見て、部分的に前記中空体（２）の内壁に対して接線を成して延びるように配置されている請求項１から１４のいずれか１項に記載の中空体。
16. 前記スワール発生器（４）は、組み込まれたバイパス通路（２１）を有している請求項１から１５のいずれか１項に記載の中空体。
17. 前記バイパス通路（２１）は、前記スワール発生器（４）の内部の軸線方向の孔によって形成されており、該孔は、圧力により作動するバイパス弁（２２）を用いて開かれるようになっている請求項１６に記載の中空体。
18. 前記中空体（２）は、油含有のガスを前記中空室（３）内へ導入するための周壁側の追加的な少なくとも１つの供給開口部（２３）を有しており、該追加的な供給開口部（２３）は、前記スワール発生器（４）の、前記少なくとも１つの排出開口部（１６，１８）とは逆の側で該スワール発生器（４）の前に配置されている請求項１６又は１７に記載の中空体。

Images