JP2012519797A - 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、組み込まれた油分離装置を備える中空体（２）であって、中空体（２）の中空室（２ｂ）内にスワール発生器（４）が配置され、中空体（２）は、油含有のガスを中空室（２）内へ導入するための周壁側の第１の少なくとも１つの供給開口部（２０ａ）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、スワール発生器（４）が、中空室（２ｂ）内の所定の箇所に作用する圧力の可変式の制御のために用いられる手段（４ｂ；Ｓ′）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）、特に回転可能に支承された中空体若しくは中空のカムシャフトであって、組み込まれた油分離装置を備え、部材の中空室内に、つまり中空体の中空室内にスワール発生器が配置され、中空体は、油含有のガスを中空室内へ導入するための周壁側の第１の少なくとも１つの供給開口部を有し、更に中空体は、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])の「Nockenwelle mit integrierter Oelabscheideeinrichtung NOA (油分離装置内蔵形のカムシャフト)」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）により、油分離装置の周囲における臨界的な圧力比の場合にも、油分離装置の確実な作動を保証することである。特に、種々の圧力比における油分離の所定の効率を保証することにある。

前記課題を解決するために、本発明の構成によれば、スワール発生器が、中空体の中空室内の所定の箇所（部位）に作用する圧力に可変的に影響を及ぼす手段、つまり、中空体の中空室内の所定の箇所（部位）に作用する圧力を可変的に制御する手段を有している。

有利な形態によれば、中空体の中空室内の所定の箇所に作用する圧力の可変的な制御のための手段は、所定の箇所に作用する圧力が、設定された目標・圧力と同じである場合若しくは該目標・圧力より大きい場合に、中空体の中空室内の所定の箇所に実際に作用する圧力、つまり実際・圧力を減少させるように、有利には実際・圧力を自動的に減少させるように形成されている。本発明に基づく１つの形態では、任意の構造で形成されてよいスワール発生器は、圧力の可変的な制御のための手段を構成するために、その全長にわたって、軸線方向（長手方向）のバイパス通路を有しており、バイパス通路内に、圧力応働式（圧力依存式）のバイパス弁（発生する圧力により作動（操作、即ち開閉）される弁）が組み込まれている。圧力の可変的な制御のための手段を構成するために、より具体的には、スワール発生器は少なくとも部分的に次のように形成され、つまりスワール発生器によって、中空体の中空室が、互いに圧力技術的に分離される若しくは分離可能である２つの圧力領域（圧力室部分）に区分されており、この場合に、流れ方向で見て後側（下流側）に位置する第１の圧力領域において、中空体の周壁に設けられた第１の供給開口部を介して、油含有のガスが中空体の中空室内に導入され、つまり中空室の第１の圧力領域内に導入されるようになっており、かつ流れ方向で見て前側（上流側）に位置する第２の圧力領域において、中空体の周壁に設けられた第２の供給開口部を介して、同じく油含有のガスが中空体の中空室内に導入され、つまり中空室の第２の圧力領域内に導入されるようになっている。この場合に、第１の供給開口部は、流れ方向で見て、スワール発生器の分離機能部分（シール作用部分）の後側に配置されており、第２の供給開口部は、流れ方向で見て、スワール発生器の分離機能部分の前側に配置されている。有利には、スワール発生器が、バイパス通路及び該バイパス通路内に組み込まれたバイパス弁を有している。有利な形態によれば、バイパス通路内に組み込まれたバイパス弁は、ばね負荷された逆止弁として形成され、言い換えれば、戻し力により流れ方向と逆の方向に付勢された逆止弁、つまり、流れ方向と逆の方向に戻し力を受けている逆止弁として形成されており、該逆止弁は、中空体の中空室内の所定の圧力が達成され若しくは超えられた場合に、開いて、バイパス通路を開放するようになっており、これにより、両方の圧力領域は、互いに圧力技術的及び流体技術的に接続され、少なくとも、中空体の中空室内の圧力が、所定の値に達しているか若しくは所定の値を超えている間、互いに接続されている。圧力技術的及び流体技術的な接続とは、圧力の作用並びに流体の流れが可能な接続を意味している。バイパス通路は、スワール発生器の軸線に対して零度〜百十度の角度を成して、有利には約九十度の角度を成して中空室に開口している。

本発明の別の実施形態若しくは改良された実施形態によれば、圧力の可変的な制御のための手段を形成するために、スワール発生器が、中空体の軸線方向に延びる本体（ベース体若しくは心棒）により形成されており、本体は、周囲に少なくとも１つのねじ山を有しており、この場合に、少なくとも１つのねじ山は少なくとも部分的に、軸線方向移動可能にスワール発生器の本体に支承されており、若しくはねじ山の少なくとも１つのねじ山部分又はねじ山区分が軸線方向移動可能にスワール発生器の本体に支承されており、この場合に、ねじ山若しくはねじ山区分は、中空体の中空室内の所定の圧力が達成され若しくは超えられた場合に、流れ方向に移動させられ、有利には戻し力に抗して移動させられるようになっている。

次に本発明を図示の実施形態に基づき詳細に説明する。

組み込まれたバイパス通路及び逆止弁を備えたスワール発生器を内蔵する本発明に基づく中空体の一部分を概略的に示す図である。 組み込まれたバイパス通路及び逆止弁を備えたねじ山式のスワール発生器を内蔵する本発明に基づく中空体を概略的に示す図である。 ねじ山式のスワール発生器及を内蔵しかつ軸線方向移動可能に支承されたねじ山区分を有する本発明に基づく中空体の一部分を概略的に示す図である。 ねじ山部材として形成されかつ移動可能に支承されたねじ山区分及び組み込まれたバイパス通路並びに逆止弁を有するスワール発生器を内蔵する本発明に基づく中空体の一部分を概略的に示す図である。

図１には、実施形態ではカムシャフトとして形成された中空体２が、該中空体内に組み込まれたスワール発生器４と一緒に部分的に示されている。この場合に、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４は、任意の構造で形成されていてよく、該スワール発生器（螺旋流形成装置）の、流れ方向Ｘに相当する長手方向に貫通する１つのバイパス通路４ａを有しており、該バイパス通路４ａ内にはバイパス弁４ｂが組み込まれている。スワール発生器４は、カムシャフト２の中空室２ｂを、圧力技術的に互いに分離される２つの圧力領域Ｄ１及びＤ２に区分けしている。２つの圧力領域を圧力技術的に互いに分離するとは、両方の圧力領域間を圧力的に遮断することを意味し、つまり、一方の圧力領域から他方の圧力領域への圧力の作用の遮断を意味しており、２つの圧力領域Ｄ１及びＤ２が、例えばばね負荷された逆止弁として形成されたバイパス弁４ｂを介して互いに分離（遮断）されていて、バイパス弁４ｂの開放により互いに再び接続されることを意味している。第１の圧力領域Ｄ１は、流れ方向Ｘで見て、スワール発生器４の後（下流）に配置されているのに対して、第２の圧力領域Ｄ２はスワール発生器４の前（上流）に配置されている。中空体２の中空室２ｂの、第１の圧力領域Ｄ１に配設された部分が、第１の供給開口部２０ａを介してカムシャフト２の外部領域Ａに接続されており、これにより、浄化すべきブローバイ・ガスが、カムシャフト２の外部領域Ａから中空体２の中空室２ｂ内に流入するようになっている。中空体２の中空室２ｂの、第２の圧力領域Ｄ２に配設された部分には、第２の供給開口部２０ｂが設けられており、該供給開口部を介して、同様にカムシャフト２の外部領域Ａから、油含有のガス（ブローバイ・ガス）が中空体２の中空室２ｂ内に供給されるようになっている。中空室２ｂ内に所定の圧力が発生すると、バイパス弁４ｂを介して両方の圧力領域Ｄ１，Ｄ２が互いに接続されて、所望の圧力バランスが生じ、結果として、所望の圧力が維持されることになる。この場合に、モニタリングすべき圧力として、例えば、スワール発生器４の下流側の第１の圧力領域Ｄ１内に作用する負圧、或いはスワール発生器４の上流側の圧力領域Ｄ２内に作用する負圧が、対応する過剰圧力に関連してモニタリングされる。

図２には、１つの実施形態の、カムシャフトとして形成されていて図１のスワール発生器４を備える中空体２が示されており、この場合に、スワール発生器４は、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（ボディー又は心棒）は、周囲に少なくとも１つのねじ山Ｓを有している。スワール発生器４の軸線方向の本体は、バイパス通路４ａによって貫通されており、該バイパス通路は、流れ方向Ｘで見て前（上流）に位置する側に逆止弁若しくはバイパス弁４ｂを有している。バイパス通路４ａは、スワール発生器４の終端領域で中空体２の中空室２ｂ内に、有利には、スワール発生器４の軸線に対して有利には０°〜１１０°の角度を成して、特に約９０°の角度を成して開口している。バイパス弁４ｂは、流れ方向Ｘで見て前（上流）に配置された供給開口部２０ｂを介してカムシャフト２の外部領域Ａに接続されていて、ブローバイ・ガスの圧力を受けるようになっている。流れ方向Ｘで見て下流側でカムシャフト２に連結された図示省略のポンプが吸引作用を過度に強く生ぜしめた場合、或いはカムシャフト２の外部領域Ａのブローバイ・ガスの圧力が過度に高い場合には、バイパス弁４ｂが開かれて、ブローバイ・ガスのためにバイパス通路４ａ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。有利な形態によれば、ブローバイ・ガスを中空体２の中空室２ｂ内へ供給するための供給開口部２０ａ，２０ｂは、中空体壁若しくはカムシャフト壁に設けられて接線を成して延びる孔によって形成されている。中空体壁若しくはカムシャフト壁における接線を成して延びる孔とは、該孔の孔壁若しくは孔内周面が中空体２の中空室２ｂへ段差なしに延びる孔を意味している。

図３には、本発明の別の実施形態の中空体２が示してあり、この場合には、スワール発生器４は、中空室２ｂ内の所定の箇所に作用する圧力への影響を変化させるための手段を有しており、該手段を形成するために、スワール発生器４は、中空体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、その周囲に少なくとも１つのねじ山Ｓを有しており、この場合に、ねじ山Ｓは、少なくとも部分的に若しくは所定区分（所定のねじ山区分）で軸線方向移動可能にスワール発生器のベース体（本体又は心棒）に支承されており、軸線方向移動可能なねじ山区分若しくはねじ山Ｓ′は、戻し力Ｆによって、流れ方向Ｘと逆の方向に負荷され、即ち付勢されている。つまり、スクリュー状若しくはねじ状のスワール発生器４のこのような構成において、少なくとも１つのねじ山Ｓ若しくはねじ山区分Ｓ′が、他のねじ山Ｓ若しくはねじ山区分に対して相対的に移動するようになっており、結果として、ねじ山Ｓにより画成されてつるまき線状又は螺旋状に延びる流路ＳＷ若しくは流れ通路の断面（流れに垂直な横断面、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（若しくはねじ山区分）Ｓ′は、スワール発生器４のベース体（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おり、この場合に、ばねの戻し力Ｆが、ねじ山（若しくはねじ山区分）Ｓ′を、予め規定された位置へ付勢して、該位置に保つようになっている。流れるブローバイ・ガスの、ねじ山若しくはねじ山区分Ｓ′の調節のために必要な圧力、ひいては所望の目標圧力は、戻しばねを介して設定され、該戻しばねのばね力は調節可能になっていてよい。別の実施形態によれば、ねじ山若しくはねじ山区分Ｓ′の調節は、手動操作式のスライダーを用いて行われる。

ねじ山若しくはねじ山区分Ｓ′の移動により流過断面を能動的に変化させる構成は、単独に用いることも、また、バイパス通路内に設けられた前述のバイパス弁と組み合わせて用いることも可能である。バイパス弁と組み合わる実施形態が、図４に概略的に示してある。

２ カムシャフト、 ２ａ 内壁若しくは内周面、 ２ｂ 中空室、 ４ スワール発生器、 ４ａ バイパス通路、 ４ｂ バイパス弁、 ２０ａ，２０ｂ 供給開口部、 Ａ 外部領域若しくは周囲領域、 Ｄ１，Ｄ２ 圧力領域若しくは圧力室部分、 Ｓ ねじ山若しくはねじ山区分、 Ｓ′ 移動可能に支承されたねじ山若しくはねじ山区分、 ＳＷ 流れ通路若しくは流路

Claims (8)

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）、特に回転可能に支承された中空体（２）若しくは中空の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（２ｂ）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（２ｂ）内へ導入するための周壁側の第１の少なくとも１つの供給開口部（２０ａ）を有しており、かつ、
   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、
   前記スワール発生器（４）は、中空室（２ｂ）内の所定の箇所に作用する圧力の可変式の制御のための手段（４ｂ；Ｓ′）を有し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. 前記手段（４ｂ；Ｓ′）は、前記所定の箇所に作用する圧力が、設定された目標・圧力と同じである場合若しくは該目標・圧力より大きい場合に、実際・圧力を減少させるように形成されている請求項１に記載の中空体。
3. 前記圧力制御のための前記手段（４ｂ；Ｓ′）は、前記スワール発生器（４）が前記中空室（２ｂ）を、互いに圧力技術的に分離可能である２つの圧力領域（Ｄ１，Ｄ２）に区分けするようになっていることにより形成されており、流れ方向（Ｘ）で見て後側に位置する前記圧力領域（Ｄ１）において、前記第１の供給開口部（２０ａ）を介して、油含有のガスが前記中空室（２ｂ）内に導入されるようになっており、かつ流れ方向（Ｘ）で見て前側に位置する前記圧力領域（Ｄ２）において、第２の供給開口部（２０ｂ）を介して、油含有のガスが前記中空室（２ｂ）内に導入されるようになっており、前記スワール発生器（４）は、バイパス通路（４ａ）及び該バイパス通路内に組み込まれた圧力応働式のバイパス弁（４ｂ）を有している請求項１又は２に記載の中空体。
4. 前記バイパス通路（４ａ）は、０°〜１１０°の角度を成して前記中空室（２ｂ）に開口している請求項３に記載の中空体。
5. 前記バイパス通路（４ａ）は、約９０°の角度を成して前記中空室（２ｂ）に開口している請求項３に記載の中空体。
6. 前記バイパス弁（４ｂ）は、流れ方向（Ｘ）と逆の方向に戻し力を受けている逆止弁として形成されている請求項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、周囲に少なくとも１つのねじ山（Ｓ）を有しており、該少なくとも１つのねじ山（Ｓ）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）の前記本体に支承されている請求項１から６のいずれか１項に記載の中空体。
8. 前記少なくとも部分的に軸線方向移動可能に支承されている少なくとも１つのねじ山（Ｓ）若しくは該ねじ山の軸線方向移動可能に支承されているねじ山区分（Ｓ′）は、流れ方向（Ｘ）と逆の方向に戻し力（Ｆ）を受けている請求項７に記載の中空体。

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