JP2016500423A - エアゾール流の分離装置 - Google Patents

Abstract

本明は、気体流から固体及び／又は液体の粒子を分離する分離装置１５に関し、汚染された気体１６が入る原気室１９と、浄化された気体１７が出る浄化室２０と、原気室１９と浄化室２０とを隔てる隔壁２１とを備え、隔壁２１は気体が原気室１９から浄化室２０へと流れることができる多数の通路開口２３を有する貫通領域２２を含んでいる。貫通領域２２を覆い、気体流が流れたときに気体流から粒子を分離する気体通過性の分離構造２６が隔壁２１の出口側２７に配置され、出口側２７は浄化室２０に面している。分離構造２６が隔壁２１に固定されると、構造が単純化される。

Description

本発明は、請求項１の前文に記載された特徴をもつ、気体流から固体及び／又は流体の粒子を分離する装置に関する。加えて、本発明は少なくともそのような分離装置を含み、ブローバイガスからオイル粒子や煤粒子を分離するブローバイガス浄化装置に関する。さらに、本発明は少なくともそのような分離装置と共に装備され、特に自動車の内燃エンジンのクランクケース換気装置に関する。最後に、本発明は少なくともそのような分離装置が組み込まれる、特に自動車の内燃エンジンのシリンダーヘッドカバーに関する。

特許文献１から、固体及び／又は液体の粒子を気流から分離する装置が知られており、ブローバイガスからオイル粒子や煤粒子を分離するために内燃エンジンに採用されている。既知の分離装置は汚染されたブローバイガスが流れ込むバルブカバー上部の原気室と、浄化されたブローバイガスが流れ出る浄化室と、原気室と浄化室とを隔てる分離壁とを含んでいる。分離壁は孔があけられた板として形成されており、原気室から浄化室へと気体が流れることができる複数の通気路をもつ貫通領域を含んでいる。浄化室に面する分離壁の出口側には開口部を覆うフリース繊維でできた気体透過性の分離構造が配置され、気体が流されると気体流から粒子を分離する。既知の分離装置の場合、阻流壁が追加的に準備され、分離壁と反対側の分離構造の外側に配置される。阻流壁は気体が通過しないように設計されている。既知の分離装置では、流体案内構造が付加的に隔壁の出口側に形成され、分離壁から阻流壁の方向に突出する。この場合の分離構造は、阻流壁と流体案内構造の自由端との間に固定され、それによって分離構造の一方が阻流壁と隣接し、もう一方が流体案内構造の端面に予圧をもって隣接することとなる。既知の分離装置では、それゆえに阻流壁を備えるインパクタが実現されている。分離構造を固定するために、ピンが流体案内構造から突出して分離構造と結合する。

フィルタとは対照的に、純粋なインパクタは、一般に通過流には用いられない。流れによって運ばれてくる固体や流体の汚染物の分離の効果は、決められたフィルタ孔の大きさに基づいているわけではなく、突発的な流れのかたよりと付随する慣性力の効果とに基づいている。分離構造は気流から汚染物をろ過することを意図しているわけではなく、適切な場合に慣性の効果で速度が落ちた汚染物を吸収して排出することを意図している。このようなインパクタでの粒子の分離効率において、貫通された領域と阻流板との間に予め決められた間隔を空けて固着することが一層重要となる。しかしながら、製造での公差のために、この間隔は比較的大きく変化する。同時に、公知の分離装置の分離構造の圧縮は、製造公差によって変化する。その結果として、分離構造の分離効果が影響を受ける。公差を原因として分離壁と阻流壁との間の圧縮がわずかなものとなることで、分離構造を固定するために望まれる位置が保証されないことが原理的に起こり得る。加えて、貫通領域と分離構造との間の空間の好ましい正確な調整は、インパクタが達成し得る分離効果に決定的な影響を与える。

特許文献２から、バイパスバルブなどのバルブ要素に開口を設け、これらを分離構造で覆うものが知られている。少なくとも閉じられたバルブ要素では、開口は貫通流を生じさせ、そこにおいて分離構造は一定のフィルタ効果を示している。

更に、特許文献３又は特許文献４のように、貫通流を生じさせることで結果として主にフィルタとして機能する分離構造が知られている。

国際公開第２０１０／０１７９０３号 独国特許出願第１０／２０１０／０２９／３２２号明細書 米国特許第６４０９８０５号明細書 米国特許第４６２７４０６号明細書

本発明は、最初に述べたタイプの分離装置や、そのような装置と共に備えられるクランクケース換気装置、シリンダーヘッドカバー、ブローバイガス浄化装置などのための前述の改良された実施形態の問題を扱うものであり、特に貫通領域の通路開口に対する分離構造の改良された固定及び／又は位置決めによって特徴付けられる。

本発明によると、この問題は独立項の主題を通して解決される。有利な実施形態は、従属項の主題となっている。

本発明は、分離構造を直接隔壁に固定する一般的なアイデアに基づいている。このため、隔壁と分離構造との相対的な位置は、発生し得る公差に影響を与える隔壁と、存在した場合の阻流壁との間の相対的な位置から独立したものとなる。つまり、望まれる隔壁と分離構造との相対的な位置は、ある程度の精密公差によってより容易に構成される。

好ましい実施形態では、分離構造は隔壁にのみ固定される。つまり、隔壁の外側に配置される追加の固定方法や固定要素を省略できる。特に、分離構造を隔壁に固定するために阻流壁が要求されることがない。

さらに有利な実施形態によると、分離構造は浄化室に他に接触せずに配置されている。特に、隔壁と反対側に向いた分離構造の出口側は浄化室に他に接触せずに配置され得る。このことは分離構造は少なくともその出口側で、その側方端部を除いて、それ以上の部品と接触していないことを意味している。特に、もし適用され得るならば存在し得る阻流壁との接触はない。それゆえ、隔壁と、もし適用され得るならば存在する阻流壁との公差に影響する相対的位置は、分離構造の圧縮に影響しない。

別の特別な有利な実施形態によると、隔壁と反対側に向いた分離構造の出口側では、浄化室に阻流壁が配置されていない。言い換えると、ここで導入された分離装置は従来のインパクタに相当する阻流壁が省略される。そのような阻流壁を省略することで、分離構造のみが気流から粒子を分離するのに有効となる。ここで、分離構造はフィルタ構造と同程度に機能する。しかしながら、通路開口によって気流は比較的小さな断面に分けられるので、それぞれの通路開口においては比較的高い流速を得ることができ、汚染気流は分離構造に高速で衝突する。結果として、分離構造は純粋なフィルタとしてだけでなく、阻流域としての機能も持ち合わせることになる。このやり方で、インパクタとしての一方の分離効果と、フィルタとしての他方の分離効果とが個別の通路開口を通して気体が流される分離構造内で組み合わされる。

特に有利な実施形態では、分離構造は隔壁に溶接される。そのような溶接方法は特に単純で信頼できる工程の方法で実現される。１つの方法は分離構造の好ましくない圧縮を避けることができ、また、予め決められた分離構造の圧縮を維持することができる。他の方法は、予め決められた分離構造と隔壁との間の相対的な位置を達成することができる。

有利な更なる変形例によると、隔壁は特に隔壁に一体的に統合されている溶接リブを含んでいる。これらの溶接リブの助けにより、分離構造は特に容易に隔壁に溶接される。このことは、分離構造と隔壁との間の溶接による連結が溶接リブによって配置される多数の溶接による効果であることを意味している。それゆえ特に、一方では溶接工程の間の隔壁の変形を避けることができ、他方ではこのような溶接リブの助けによって出口側と隔壁に面している分離構造の入口側との間に、間隔を設けることができる。ここで、出口側と入口側との間の予め決められた間隔は、比較的正確に維持され得る。この場合、溶接リブは隔壁の出口側から浄化室の方向に突出する。

有利な実施形態によると、溶接リブは分離構造に入り込むように突出している。特に、溶接工程において、溶接リブは分離構造に侵入している。このため、組み込まれた溶接リブを通して分離構造の固定又は安定化が得られる。

実際には、溶接リブはプラスチックで製造される。同様に、分離構造もプラスチックで構成されるのが好まれる。例えば、分離構造はプラスチック繊維の繊維フリースである。

他の更なる変形例では、溶接リブは分離構造を貫通しない程度に突出又は侵入するように設けることもできる。言い換えると、分離構造の中で溶接リブの自由端が隔壁から距離をおいた状態となっている。それゆえに特に、分離構造と溶接リブとの溶接を好ましい形で溶接リブの自由端で行うことが容易となる実施形態もあり得る。このため、溶接による連結は比較的効率のよいコストで製造することができる。

他の有利な実施形態では、隔壁は貫通領域の側方に囲まれた多数の案内要素で構成され、その間に分離構造が配置される。ここで、案内要素は出口側に配置され、隔壁から浄化室の方向に突出する。このため、分離構造には側方の支えが設けられる。

他の有利な実施形態では、出口側の通路開口が隔壁から浄化室の方向に突出するカラーによって囲まれる。このようなカラーのために、対応する通路開口の長さが増し、その結果としてそれぞれの通路開口を流れる気流は改良された方向づけを得ることができる。つまり、分離効果が改善されたより凝縮された形で分離構造に衝突することができる。

有利な更なる変形例によると、隔壁に面した分離構造の入口側は、カラーの他に接触しない端面から間隔を空けることができる。このことで、構造の入口側と他に接触しない端面との間の予め決められた好ましい比較的小さな間隔を確保することができる。分離構造は隔壁に固定されているため、入口側とカラーの他に接触しない端面との間の予め決められた空間は、固定する際に調整することができ、それによってある程度の精密公差を維持することができる。

個々に凝縮された気流は通路開口を通って部分的に入口側に跳ね返り側方に逸れるために、入口側とカラーの他に接触しない端面との間の空間を通って分離装置の流体抵抗は著しく低下する。

入口側とカラーの他に接触しない端面との間の空間は好ましくはその通路開口の直径よりも小さい。実際には、カラーの他に接触しない端面は共通の平面を形成しており、貫通領域を通してカラーの端面と入口側の構造との間の一定の空間が維持される。実際には、全ての通路開口は、その断面において同じ直径をもっている。特に、通路開口は円形の断面をもっている。

他の実施形態では、分離構造は直接カラーの他に接触しない端面と隣接することで、上述した空間は存在しないか、又はその価値が無くなる。この場合、通路開口の個々の気流は完全に分離構造の深さまで入り込む。

他の実施形態では、通路開口は直接平らに形成された出口の面を端としている。つまり、同じように流れをせき止める。すなわち、上述されたようなカラーは存在しない。この場合、分離構造の入口側を隔離壁の出口側と比較的空間をとってアレンジすることが可能であり、予め決められた好ましい小さな空間を比較的容易に維持することができる。代わりに、分離構造を隔壁においてそのような空間なしで配置することも可能であり、それにより隔離壁の出口側は分離構造の入口側に直接隣接する。

通路開口の気流の流速を付加的に増加させるために、通路開口は流れる方向に沿って減少していく断面によって特徴付けられるノズルとして構成することもできる。このノズルの外形は、もしふさわしいならば存在するカラーを含めた通路開口の全体の長さまで延びている。この集中ノズルは隔壁のみ、又はカラーのみに設けることもできる。

本発明による、好ましくは自動車の内燃エンジンに採用されているクランクケース換気装置は内燃エンジンのクランクケースと空気浄化システムとを流体的に接続しているブローバイガス通路を含んでいる。ここで、このブローバイガス通路は部分的にエンジンブロックの中を通ることができ、例えば内燃エンジンのシリンダーヘッドカバーまでつながることができる。空気浄化システムは内燃エンジンに浄化された空気を通常の方法で提供する。それゆえ、ブローバイガス通路はブローバイガスが外部環境に侵入せずに内燃エンジンの燃焼工程に供給されることを保証する。この過程における内燃エンジンのオイルの消費を減らすために、このブローバイガス通路に少なくとも１つの前述した分離装置が配置される。つまり、浄化されたブローバイガスのみが空気浄化システムに流れ込む。

本発明によるシリンダーヘッドカバーは、内燃エンジンのエンジンブロックのシリンダーヘッドがカバーされ得ることにより、カバー本体と少なくとも１つの上述の分離装置とを含んでいる。この場合のカバー本体は分離装置の原気室の少なくとも一部と浄化室の少なくとも一部とをつなげるように形づくられている。さらに、分離装置の隔壁はカバー本体に配置されている。つまり、分離部品の形式で固定されているか、又は、一体的に形成されている。

本発明のブローバイガス浄化装置は、オイル粒子や煤粒子をブローバイガスから分離できることにより、上述した分離装置の少なくとも１つで特徴付けられる。

本発明のさらに重要な特徴と有利な点は、従属項、図面、そして関連する図面の説明から得られる。

上述及び後続で説明される特徴は、記述されたそれぞれの組み合わせのみで使用されるわけでなく他の組み合わせでも使用され、また、それ自身が当発明の範囲を離れることなく使用されると理解されるべきである。

クランクケース換気装置を備える内燃エンジンの循環経路を単純化して示す断面図である。 分離構造領域の隔壁を示す斜視図である。 分離構造領域の隔壁を示す側面図である。 分離構造領域の隔壁を示す分解斜視図である。

本発明の好ましい実施形態は図面に描かれており、また、以下により詳細に記述されている。ここで、同じ参照番号は同一、類似、又は機能的に同一の部品と関連している。

図１によると、例えば自動車のための、固定式又は可動式のいずれの設置も可能な内燃エンジン１はエンジンブロック２を含んでおり、このエンジンブロック２は、通常クランクケース３、シリンダーヘッド４、シリンダーヘッドカバー５を備える。クランクケース３内ではクランクシャフト６が回転する。さらに、オイルパン７がクランクケース３内に存在し得る。クランクシャフト６はここでは図示されていないピストンと通常の方法で駆動連結されており、このピストンは同様に図示されていないシリンダー内でストローク調節可能に配置されている。シリンダーヘッド４は通常、いずれも図示されていないガス交換バルブと、ガス交換バルブを制御するバルブ駆動部とを含んでいる。さらにいずれも図示されていない点火装置及び燃料噴射ノズルもシリンダーヘッド４に配置され得る。シリンダーヘッドカバー５はシリンダーヘッド４のクランクケース３の反対側をカバーしている。

内燃エンジン１はさらに、新鮮な空気を燃焼室、つまり内燃エンジン１のシリンダーに供給するために通常のフレッシュエアシステム８と排気システム９とを備えており、この排気システム９により燃焼排気ガスが燃焼室から排出される。新鮮な空気流１０は排気ガス１１と同様に矢印で示されている。

内燃エンジン１は付加的にクランクケース換気装置１２を備えており、それは図１の矢印で示されるブローバイガス通路１３を含んでいる。このブローバイガス通路１３は、クランクケース３とフレッシュエアシステム８とを流体的に接続している。図１の例では、ブローバイガス通路１３はクランクケース３からシリンダーヘッド４を通ってシリンダーヘッドカバー５に入り、そこから戻りライン１４を通ってフレッシュエアシステム８につながっている。クランクケース換気装置１２は付加的に少なくとも１つの分離装置１５を含んでおり、それはブローバイガス通路１３の途中に配置されている。この分離装置１５はブローバイガス浄化装置として設計されており、ブローバイガスによって運ばれてきたオイル粒子や煤粒子をブローバイガスから分離することができる。ここで、分離装置１５はさらにシリンダーヘッドカバー５の中に配置することができる。通常の方法のクランクケース換気装置１２は、例えば逆止弁、絞り部、切換弁などの部品によって構成されることは明らかである。クランクケース換気装置１２は以下のように作動する。

内燃エンジン１の作動中、いわゆるブローバイガスがシリンダー内のピストンからの漏れを介してクランクケース３に入る。この工程では、ブローバイガスは既に煤粒子やオイル粒子を運んでいる。しかしながら、クランクケース３の中では最後にオイル霧が更にブローバイガスに混入する。粒子によって汚染されたブローバイガスは矢印１６に沿ってシリンダーヘッド４を通ってシリンダーヘッドカバー５に入る。シリンダーヘッドカバー５内では、汚染されたブローバイガスは分離装置１５の作用により浄化され、矢印１７に沿ってシリンダーヘッドカバー５を出た浄化されたブローバイガスが戻りライン１４を通ってフレッシュエアシステム８に到達する。浄化された粒子は例えば破線で描かれた矢印１８に沿ってクランクケース３に戻る。

図１から図４によると、分離装置１５は汚染された気体１６が入る原気室１９と浄化された気体１７が出てくる浄化室２０とを含む。さらに、浄化室２０と原気室１９とを隔てる隔壁２１が設けられており、隔壁２１は気体が原気室１９から浄化室２０へと流れることのできる多数の通路開口２３を備える貫通領域２２を含んでいる。対応する通路開口は図１では矢印２４で描かれている。

図１における好ましい実施形態では、分離装置１５はシリンダーヘッドカバー５の中のブローバイガス浄化装置の形式で一体化されている。このため、シリンダーヘッドカバー５のカバー本体２５は少なくとも原気室１９の一部を含み、少なくとも浄化室２０の一部を含む。さらに、隔壁２１はこのカバー本体２５で形成されている。

分離装置１５は付加的に浄化室２０に面した隔壁２１の出口側２７に配置される気体通過性分離構造２６を含み、その途中で貫通領域２２を完全にカバーする。分離構造２６は例えば繊維フリース材料を利用して製造される。気体が吹き抜けたとき、気流から粒子が分離されるように設計される。この分離構造２６は隔壁２１に固定される。好ましくは、分離構造２６は隔壁２１だけに固定される。分離構造２６はさらに大部分が他に接触せずに浄化室２０に配置される。好ましくは浄化室２０において隔壁２１と反対側を向いた出口側２８が自立した形で配置される。図１に示すように、浄化室２０内の隔壁２１と反対側を向いた分離構造２６の出口側２８に阻流壁は配置されていない。この場合に外側に向かって浄化室２０を固定しているカバー本体２５の壁面は、図１に示すように、分離構造２６から吹き抜ける方向２４に浄化室２０内に、例えば少なくとも分離構造２６の１つ、又は２つ、又は５つ分の厚さをもつ空間が作られたときに阻流壁を形成しない。

実際には、分離構造２６は隔壁２１に溶接されている。図２〜図４によると、隔壁２１は多数の溶接リブ２９を含んでいる。これらは隔壁２１の出口側２７から浄化室２０の方向へ突出し、このためこれらは他に接触しない端面３０を有する。これらの端面３０は特に、例えば分離構造２６を摩擦溶接、超音波溶接、可塑化、又はＮＩＲメソッドなどで溶接リブ２９上に固定するために溶接領域を形成するのに利用することができる。図２及び図３によると、溶接リブ２９は組み立てられた状態で分離構造２６の中に侵入することができ、又は分離構造２６の中に突出することができる。特に図３に示すように、溶接リブ２９の端面３０と出口側２８との間の空間３１が維持され、それにより溶接リブ２９は分離構造２６を貫通せず、その端が分離構造２６の内部に存在する。

図２〜図４によると、隔壁２１は好ましくは多数の案内要素３２を含み、それはここではピン型の要素となっている。案内要素３２は貫通領域２２の側方を取り囲んでいる。案内要素３２は隔壁２１の出口側２７から浄化室２０の方向に突出している。組み立てられた状態では、分離構造２６はこれらの案内要素３２の間に配置される。

図２〜図４にさらに示すように、ここで示された好ましい実施形態では、通路開口２３はそれぞれ出口側２７でカラー３３に囲まれている。この場合それぞれのカラー３３は、それぞれの通路開口２３が軸方向に必要な長さとなるように延びている。カラー３３は隔壁２１の出口側２７から浄化室２０の方向に突出しており、つまり、それぞれ他に接触しない端面３４を備えている。実際には全てのカラー３３は出口側２７から同じ空間だけ突出しており、カラー３３の端面３４は共通の端平面３５を形成している。

特に図３に示すように、分離構造２６は隔壁２１に配置されることで、隔壁２１に面した分離構造２６の入口側３６はカラー３３の他に接触しない端面３４に対して間隔が空けられている。つまり、空間３７を有している。この空間３７は、好ましくは通路開口２３の円形断面の直径３８よりも小さく、この場合では吹き抜け方向に一定の断面を有している。さらに、図３において、出口側２７と分離構造の入口側３６との間隔を維持する空間３９が付加的に形成される。

カラー３３の他に接触しない端面３４と入口側３６との間に存在する空間３７を維持することによる分離構造２６の効率的な分離効果のために、精密公差が要求される。ここで紹介された分離装置１５の分離構造２６はそれ自体が隔壁２１に固定されており、つまり、溶接リブ２９を通して精密公差が比較的容易に実行される。

Claims (15)

1. 気体流から固体及び／又は液体の粒子を分離する分離装置であって、
   汚染された気体（１６）が入る原気室（１９）と、
   浄化された気体（１７）が出る浄化室（２０）と、
   前記原気室（１９）と前記浄化室（２０）とを隔てる隔壁（２１）と、を備え
   前記隔壁（２１）は、気体が前記原気室（１９）から前記浄化室（２０）へと流れることができる多数の通路開口（２３）を有する貫通領域（２２）を含んでおり、
   前記浄化室（２０）に面している前記隔壁（２１）の出口側（２７）には、通過流があるときに通過流から粒子を分離する気体通過性の分離構造（２６）が貫通領域（２２）を覆って配置されており、
   前記分離構造（２６）は前記隔壁（２１）に固定されている
   ことを特徴とする分離装置。
2. 請求項１において、
   前記分離構造（２６）は、前記隔壁（２１）だけに固定されている
   ことを特徴とする分離装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記分離構造（２６）は、前記浄化室（２０）に他に接触せずに配置されている
   ことを特徴とする分離装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
   前記隔壁（２１）と反対側を向いている前記分離構造（２６）の出口側（２８）は、前記浄化室（２０）内で他に接触せずに配置されている
   ことを特徴とする分離装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つにおいて、
   前記隔壁（２１）と反対側を向いている前記分離構造（２６）の出口側（２８）上には、前記浄化室内（２０）で阻流壁が配置されていない
   ことを特徴とする分離装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
   前記分離構造（２６）は前記隔壁（２１）に溶接されている
   ことを特徴とする分離装置。
7. 請求項６において、
   前記隔壁（２１）は溶接リブ（２９）を備え、前記溶接リブ（２９）に対して前記分離構造（２６）が溶接されている
   ことを特徴とする分離装置。
8. 請求項７において、
   前記溶接リブ（２９）は前記分離構造（２６）内に突出している
   ことを特徴とする分離装置。
9. 請求項８において、
   前記溶接リブ（２９）は前記分離構造（２６）を貫通していない
   ことを特徴とする分離装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１つにおいて、
    前記隔壁（２１）は、前記貫通領域（２２）の側方を囲う多数の案内要素（３２）を含んでおり、前記多数の案内要素（３２）の間に前記分離構造（２６）が配置されている
    ことを特徴とする分離装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つにおいて、
    前記出口側（２７）の通路開口（２３）は、前記隔壁（２１）から前記浄化室（２０）の方向へ突出したカラー（３３）で囲まれている
    ことを特徴とする分離装置。
12. 請求項１１において、
    前記隔壁（２１）に面している前記分離構造（２６）の入口側（３６）は、カラー（３３）の他に接触していない端面（３４）から間隔が空けられている
    ことを特徴とする分離装置。
13. 特に自動車の内燃エンジン（１）のクランクケース換気装置（１２）であって、
    前記内燃エンジン（１）のクランクケース（３）とフレッシュエアシステム（８）とを流体的に連通させるブローバイガス通路（１３）を備え、
    前記ブローバイガス通路（１３）に、請求項１〜１２のいずれか１つの分離装置の、少なくとも１つが配置されている
    ことを特徴とするクランクケース換気装置。
14. 特に自動車の内燃エンジン（１）のシリンダーヘッドカバーであって、
    カバー本体（２５）と、請求項１〜１２のいずれか１つの分離装置の、少なくとも１つとを備え、
    前記カバー本体（２５）は、前記原気室（１９）の少なくとも一部と前記浄化室（２０）の少なくとも一部とを結びつけており、
    前記隔壁（２１）は、前記カバー本体（２５）に固定されているか、又は、前記カバー本体（２５）に一体的に形成されている
    ことを特徴とするシリンダーヘッドカバー。
15. 請求項１〜１２のいずれか１つの分離装置（１５）の、少なくとも１つによって形成され、オイル粒子や煤粒子をブローバイガスから分離する
    ブローバイガス浄化装置。

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