JP2018518634A - 遠心分離機 - Google Patents

Abstract

ここでは、内燃機関のクランクケースガスから液相を分離するための遠心分離機（２）が開示されている。遠心分離機（２）は、分離チャンバ（１２）と、ロータシャフト（２０）と、分離チャンバ（１２）の内側のロータと、クランクケースガスのための入口（６）と、ガス出口（８）と、分離された液相のための液体出口（１０）と、を具備している。遠心分離機（２）は、液体出口チャンバ（１４）、逆止弁、および回転部材（１８）を具備している。液体出口チャンバ（１４）は個別のチャンバを形成し、液体通路を通じて分離チャンバ（１２）と流体連通して配置されている。回転部材（１８）はロータシャフト（２０）に接続され、液体出口チャンバ（１４）の内部に配置されている。液体出口（１０）は、液体出口チャンバ（１４）の出口を形成している。逆止弁は、液体出口（１０）内に配置されている。

Description

本発明は、内燃機関のクランクケースガスから液相を分離するために構成された遠心分離機に関する。

内燃機関からのクランクケースガスは、内燃機関のクランクケースから通気される。クランクケースガスは、未処理の状態で大気中に通気されるのではなく、環境に親和性のある様式において排出され得る。あるタイプの内燃機関に関して、法律は、クランクケースガスが環境に親和性のある様式に処理されることを要求している。

クランクケースガスは、とりわけブローバイガス、オイル、他の液体炭化水素、煤煙、および他の個体燃焼残渣を含み得る。クランクケースガスを適切に排出するために、ガスは、オイル、煤煙、および他の残渣を含んだ液相から分離される。分離されたガスは燃焼機関の空気取り入れ口に導かれるか、または大気に通気され、液相は、オイルおよび他の液体炭化水素から煤煙および他の個体残渣を除去するためのフィルタを介して、随意的に燃焼機関のオイル槽に戻るように導かれる。

遠心分離機は、クランクケースガスの処理のために使用され得る。遠心分離機の分離ディスクは円錐台形のディスクであり、分離ディスク間の小さい隙間を伴ってディスク積層体内に配置されている。クランクケースガスは、回転ディスク積層体内へと導かれ、オイルおよび煤煙のようなクランクケースガスの重成分は、分離ディスク内面に対して押し付けられて、液相の液滴を形成し、それらは分離ディスクに沿ってディスク積層体の外周に向かって移動する。液滴は遠心分離機のハウジングの内壁上に投じられ、液出口を通じて遠心分離機の外部に導かれる。重成分が除去されたクランクケースガスは、ガス出口を通じて遠心分離機の外部に導かれる。

特許文献１は、燃焼機関からのクランクケースガスを浄化するための装置を開示している。この装置はハウジングを具備し、その内部には分離チャンバ、ハウジング内に回転可能に搭載された、ロータシャフトを備えたロータ手段、および分離チャンバ内に配置された遠心ロータ、ならびに燃焼機関の潤滑油のような駆動流体を利用してロータシャフトを駆動するための流体駆動装置、が設けられている。クランクケースガス入口は分離チャンバに続いており、分離チャンバはガスのための出口、およびオイル収集ボウルに接続されたオイル収集チャネルも具備している。オイル収集ボウルには、分離されたオイルを持ち出すための流出開口部が設けられている。駆動装置は、ハウジング隔壁を用いて分離チャンバから分離された駆動チャンバ内に配置され、ロータシャフトは、ハウジング隔壁内の開口を通じて延びている。ラビリンス型シールは、分離チャンバから駆動チャンバをシールするために、開口の領域内に設けられている。圧力は、ラビリンス型シールを通じて、駆動チャンバと分離チャンバとの間で均等化され得る。

搭載された内燃機関のタイプおよび状態に依存して、クランクケース内の圧力は、少なくとも一時的に、遠心分離機の分離チャンバ内の圧力を超えるレベルに上昇され得る。したがって、分離チャンバから内燃機関のクランクケース内へと戻る分離された液相の流出は、問題となり得る。

欧州特許出願公開第１ ８８０ ０９０号明細書

本発明の目的は、先に論じられた問題を少なくとも軽減することである。

本発明の態様によれば、その目的は、内燃機関のクランクケースガスから液相を分離するために構成された遠心分離機により達成される。その遠心分離機は、分離チャンバと、分離チャンバを通じて延びたロータシャフトと、分離チャンバの内側においてロータシャフトに接続されたロータと、クランクケースガスのための入口と、ガス出口と、分離された液相のための液体出口と、を具備している。遠心分離機は、液体出口チャンバ、逆止弁、および回転部材をさらに具備している。液体出口チャンバは個別のチャンバを形成しており、且つ液体通路を通じて分離チャンバと流体連通して配置されている。回転部材はロータシャフトに接続されて、液体出口チャンバの内側に配置されている。液体出口は液体出口チャンバの出口を形成しており、逆止弁は液体出口内に配置されている。

遠心分離機が液体出口チャンバを具備し、液体出口チャンバが個別のチャンバを形成し且つ液体通路を通じて分離チャンバと流体連通して配置されているので、および遠心分離機が液体出口チャンバの内側に配置された回転部材を具備しているので、分離された液相は、分離チャンバから液体出口チャンバ内へと、および／または液体出口チャンバから液体出口へと、回転部材によって搬送され、一方で逆止弁は、分離された液相が、液体出口チャンバ内側の圧力が逆止弁の下流側の圧力よりも高くなっている限り、液体出口チャンバから持ち出されることを確実にしている。結果的に、前述の目的が達成される。

遠心分離機の動作において、クランクケースガスは、クランクケースガスのための入口を通じて分離チャンバ内におよびロータ内に導かれる。分離チャンバ内で分離されたガスは、ガス出口を通じて分離チャンバの外部に導かれる。オイルおよび煤煙のようなクランクケースガスの重成分はロータ内で分離され、液相の液滴を形成する。液滴は分離チャンバの内壁上に投じられ、液体通路に向かって導かれる。分離チャンバ内で分離されたすべての液相は、液体出口への経路において、液体出口チャンバを通じて流れる。すなわち、分離チャンバは、液体出口チャンバに通じた液体通路以外に、分離された液相のための他の出口を備えていない。液体出口チャンバ内側の回転部材は、それがロータシャフトと共に回転している場合、圧送部材を形成する。そのような回転部材は、分離チャンバから液体通路を通じて液体出口チャンバ内に液相を圧送し得る。さらに、回転部材は液体出口チャンバ内側の圧力を上昇させて、液相が逆止弁を通過するために十分な、すなわち逆止弁の下流の圧力を上回る圧力とする。

実施形態によれば、遠心分離機は、ロータシャフトを回転軸の周りに駆動するように構成された電気モータを具備し得る。この様式において、ロータは効率的に駆動され得る。さらに、回転部材は、電気モータによりロータと一体に効率的に駆動され得る。したがって、回転部材は別個の駆動手段を必要としない。

回転部材の駆動は、油圧駆動を利用してさらに効率的なものとし得る。一例として、分離機は、燃焼エンジンのオイルシステムからのオイル噴流を利用して回転されるように形成されたタービンホイール、または背圧ディスクを具備したフリージェットホイールを具備してもよい。さらに、遠心分離機の回転部材は、ベルト駆動、シャフトによる直接駆動を利用して、または１つもしくは複数の歯車とシャフトとの組み合わせを利用して、機械的に駆動され得る。

実施形態によれば、回転部材は略円形とし得る。この様式において、圧送効果は、比較的複雑でない形状の回転部材により達成され得る。

実施形態によれば、液体通路は、ロータシャフトに沿った方向から見て、回転部材の半径以内に配置され得る。この様式において、圧送効果は、回転部材が回転した場合に、分離された液相が回転部材の半径以内の液体通路から導入され、回転部材の周囲に向かって圧送されることにより達成され得る。

実施形態によれば、ロータは円錐台形分離ディスクの積層体を具備し得る。この様式において、クランクケースガスからの液相の効率的な分離は、クランクケースガスの重成分が分離ディスクの内面に対して押し付けられ、液相の液滴を形成するために、ならびにそれらが、分離ディスクおよびディスク積層体の外周に向かって分離ディスクに沿って移動するために、達成され得る。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の請求項および以下の詳細な記載を研究した場合に、明らかになるだろう。

特別な特徴および利点を含んだ、本発明の多様な太陽が、以下の詳細な記載において論じられた例示的実施形態および添付図から容易に理解されるだろう。

実施形態による遠心分離機の断面を示した図である。 図１の遠心分離機の下部の断面を示した図である。 図１の遠心分離機の下部の断面を示した図である。 実施形態による回転部材を示した図である。

本発明の態様が、ここにより完全に記載される。類似した符号は、全体を通じて類似した要素を参照している。周知の機能または構成は、簡潔さおよび／または明確さのために必ずしもより詳細に記載されていない。

図２は、実施形態による遠心分離機２の断面を示している。遠心分離機２は、内燃機関から出たクランクケースガスから液相を分離するように構成されている。遠心分離機２はハウジング４を具備し、このハウジング４は、一体に嵌め込まれた複数の別個の部品を具備し得る。遠心分離機２は、クランクケースガスのための入口６、クランクケースガスの重成分から浄化されたガスのための出口８、およびクランクケースガスから分離された液相のための液体出口１０をさらに具備している。液相は、クランクケースガスの重成分を含んでいる。

ハウジング４の内側において、遠心分離機２は、分離チャンバ１２および液体出口チャンバ１４を具備している。遠心分離機２は、分離チャンバ１２の内側に配置されたロータ１６、液体出口チャンバ１４の内側に配置された回転部材１８、ならびに分離チャンバ１２および液体出口チャンバ１４を通じて延びたロータシャフト２０をさらに具備している。ロータ１６および回転部材１８は、ロータシャフト２０に接続されている。

遠心分離機２は、ロータシャフト２０に接続された電気モータ２２を具備している。電気モータ２２は、ロータシャフト２０を回転軸２４の周りに駆動するように構成されている。これらの実施形態においては、電気モータ２２はロータシャフト２０の上端に接続されている。別の実施形態においては、電気モータはロータシャフト２０の下端に接続され得る。

ロータ１６は、円錐台形分離ディスク２６の積層体を具備している。積層体内では、円錐台形分離ディスク２６は互いに対して接触するように積層されている。明確化の理由により、図２においては、積層体は積層体の上端および下端のみにおいて図示されている。これらの実施形態においては、円錐台形分離ディスク２６は、幅広の端部が下向きとなるように積層されている。別の実施形態においては、円錐台形分離ディスク２６は、幅広の端部が上向きとなるように積層され得る。

図２は、図１の遠心分離機２の下部の断面を示している。より詳細には、図２は、液体出口１０の一部と、液体出口チャンバ１４におけるハウジング４の一部と、を通じた断面を示している。

遠心分離機２は、逆止弁２８を具備している。逆止弁２８は、通路３０内に配置されている。通路３０は、液体出口チャンバ１４から液体出口１０を通じて延びている。逆止弁２８は、流体の流れが液体出口１０を通じて液体出口チャンバ１４内へと流れることを防止している。したがって、クランクケースガスは、液体出口１０を通じて遠心分離機２に進入することを防止され得る。逆止弁２８はアンブレラバルブ（umbrella valve）であり、すなわち逆止弁２８は傘形状の弾性部材３２、および１つ以上の貫通穴を含んだ壁部材３４を具備している。弾性部材３２は壁部材３４に突き当たっている。アンブレラバルブ上流の圧力がアンブレラバルブ下流の圧力よりも高い場合、弾性部材３２は通路を提供し、液体は１つ以上の貫通穴を通じて流れ、弾性部材を通り越し得る。アンブレラバルブの下流の圧力がアンブレラバルブ上流の圧力よりも高い場合、弾性部材３２は壁部材３４に対して押し付けられ、１つ以上の貫通穴を覆ったままとなる。

当然に、異なったタイプの逆止弁が、遠心分離機２の液体出口１０内に代替的に使用され得る。

図３は、図１および図２の遠心分離機の下部の断面を示している。より詳細には、図３は、分離チャンバ１２の一部を通じ、且つ液体出口チャンバ１４の部分を通じた断面を示している。

遠心分離機２が連結された内燃機関と一体に作動するように設けられた場合に、液体出口チャンバ１４は、遠心分離機２の下端に配置される。液体出口チャンバ１４は個別のチャンバを形成しており、すなわち液体出口チャンバ１４は、分離チャンバ１２とは別個の区画を形成している。しかしながら、液体出口チャンバ１４は、液体通路３６を通じて分離チャンバ１２と流体連通して配置されている。さらに、遠心分離機２の液体出口１０は、液体出口チャンバ１４の出口を形成している。したがって、分離チャンバ１２は液体通路３６の上流に配置されており、液体出口チャンバ１４は流体連通３６の下流に配置されており、且つ液体出口１０は液体出口チャンバ１４の下流に配置されている。

液体通路３６は、分離チャンバ１２の底部から液体出口チャンバ１４へと延びている。分離された液相は、分離チャンバ１２の底部において分離チャンバ１２内に収まる。したがって、液相は液体通路３６に収まるだろう。したがって、遠心分離機２は、分離されたすべての液相が、分離チャンバ１２から液体通路３６および液体出口チャンバ１４を通じておよび液体出口１０を通じて、遠心分離機２の外部に流れるように構成されている。

回転部材１８は略円形であり、液体出口チャンバ１４の内側に配置されている。回転部材１８がロータシャフト２０により回転された場合、分離された液相は液体出口チャンバ１４から液体出口１０へと、および回転部材１８による液体出口チャンバ１４内の増大した圧力によって、遠心分離機２の外部へと移動させられる。さらに、以下に論じられているように、液体出口チャンバ１４内の回転部材１８の配置はポンプ効果に寄与し、この効果は、液相を分離チャンバ１２から液体出口チャンバ１４内へと圧送する。

液体通路３６は、分離チャンバ１２と液体出口チャンバ１４との間に延びた壁部を通じて延びている。これらの実施形態においては、液体通路３６は軸受３８を通じて延び、軸受けはロータシャフト２０の軸頸に配置されている。分離チャンバ１２と液体出口チャンバ１４との間に延びた壁部は、液体出口チャンバ１４から分離チャンバ１２を区切ったハウジング４の壁部である。軸受３８は、壁部に嵌め込まれた開放玉軸受である。液体通路は、異なった種類の軸受を通じて等、代替的な手段により、または壁部を通じて延びた穴により、設けられ得る。適切に、液体通路３６は、ロータシャフト２０に沿った方向から見て、回転部材１８の半径以内に配置されるべきである。したがって、分離された液相が、液体通路３６から回転部材１８の半径以内へ誘導され、回転部材１８が回転した場合に、回転部材１８の周囲に向かって圧送されるので、前述のポンプ効果は達成され得る。

回転部材１８は、軸方向に延びた少なくとも１つの第１円形フランジ４０を具備している。軸方向に延びた少なくとも１つの第１円形フランジ４０は、液体通路３６の方向に向いている。第１円形フランジ４０は、これらの実施形態においては回転部材１８の外周に配置されている。液体通路３６における液体出口チャンバ１４の壁部は、回転部材１８に向かって延びた第２円形フランジ４２を具備している。第２円形フランジ４２と回転部材１８との間には、ギャップ４４が形成されている。したがって、ロータシャフト２０に直交したし方向から見て、第１円形フランジ４０は、少なくとも部分的に第２円形フランジ４２と重なっている。ギャップ４４は、最大で０．９ｍｍの高さを有し得る。そのような高さのギャップ４４は、回転部材１８が回転された場合に、内燃機関のクランクケースガスから分離された液相への、前述のポンプ効果に寄与し得る。

ここで図１〜図３を参照すると、入口６は、内燃機関のクランクケースの内側空間と恒久的に開放接続するように配置されて、クランクケースガスは、遠心分離機２内で処理され得る。動作において、クランクケースガスは入口６を通じて遠心分離機２に進入し、通路を通じてロータ１６の中心部に導入される。分離チャンバ１２内で分離されたガスは、ガス出口８を通じて分離チャンバ１２の外部に導かれる。オイルおよび煤のような、クランクケースガスの重成分は、ロータ１６内において分離され、液相の液滴を形成する。液滴は分離チャンバ１２の内壁に投じられ、液体通路３６に向かって導かれる。分離チャンバ１２内において分離されたすべての液相は、液体出口１０までの経路において、液体出口チャンバ１４を通じて流れる。すなわち、分離チャンバ１２は、液体出口チャンバ１４へと誘導する液体通路３６以外の、分離された液相のための出口を備えていない。液体出口チャンバ１４の内側の回転部材１８は、回転部材がシャフト２０と共に電気モータ２２により回転された場合に、圧送部材を形成する。そのように、回転部材１８は、分離チャンバ１２から液体通路３６を通じて液体出口チャンバ１４内へと液相を圧送し得る。さらに、回転部材１８は、逆止弁２８を通って液相を押すために十分なだけ、すなわち逆止弁２８の下流の圧力に打ち勝つように、液体出口チャンバ１４内側の圧力を上昇させ得る。

内燃機関のクランクケース内側の圧力は、内燃機関の周囲の環境圧力を上回って、１０〜５０Ｍｂａｒの範囲内であり得る。したがって、回転部材１８は液体出口チャンバ１４内側の圧力を上昇させて、クランクケースガスから分離された液相を、接続された内燃機関のクランクケース内に戻すための、そのような圧力を克服させる。

クランクケースガスが処理される、したがって純粋に一例として述べられた内燃機関のサイズに依存して、電気モータ２２は６０００〜１００００ｒｐｍの速度においてロータシャフト２０を回転させ得る。分離ディスク２０は、１００〜２００ｍｍの範囲内の外形を有し得る。円錐台形分離ディスク２６の積層体は、３０〜８０枚のディスク２６を含み得る。

図４は、代替的な実施形態による回転部材１８´を示している。図１〜図３に関連して先に論じられたように、回転部材１８´は、遠心分離機の液体出口チャンバ内に配置されるように構成されている。回転部材１８´は、少なくとも１つの径方向に延びたブレード１９を具備している。それとは異なり、回転部材１８´は、少なくとも１つの軸方向に延びたブレードを具備し得る。

ブレードとの用語は広い意味に解釈されるべきであり、例えばベーン、ローブ等の回転部材の周囲から延びた任意の部材を組み入れている。液体出口チャンバの内側形状は、ポンプなどの場合、少なくとも１つの延伸ブレードと協働して、液体出口チャンバの一部の圧力を上昇させ、その圧力は、液相を液体出口チャンバから液体出口を通じて移動させ得る。わずかな圧力上昇は、液体出口１０に接続されたクランクケースの圧力を克服するために十分である。

本発明は、ここに説明された実施形態に限定して構成されるべきではない。当業者は、ここに開示された実施形態の多様な特徴が組み合わされて、ここに開示された実施形態以外の実施形態を創出し得ることを理解するだろう。したがって、前述の事項が多様な例示的実施形態の図示であり、本発明は添付の請求項によってのみ定義されることが理解されるべきである。

ここに使用された「具備している」、「具備する」の用語には制約がなく、述べられた特徴、要素、ステップ、部品、または機能の１つ以上を含むが、他の特徴、要素、ステップ、部品、機能、もしくはそれらのグループの１つ以上の存在または追加を排除しない。

２ ・・・遠心分離機
４ ・・・ハウジング
６ ・・・入口
８ ・・・出口
１０ ・・・液体出口
１２ ・・・分離チャンバ
１４ ・・・液体出口チャンバ
１６ ・・・ロータ
１８、１８´ ・・・回転部材
１９ ・・・ブレード
２０ ・・・ロータシャフト
２２ ・・・電気モータ
２４ ・・・回転軸
２６ ・・・円錐台形分離ディスク
２８ ・・・逆止弁
３０ ・・・通路
３２ ・・・弾性部材
３４ ・・・壁部材
３６ ・・・液体通路
３８ ・・・軸受
４０ ・・・第１円形フランジ
４２ ・・・第２円形フランジ
４４ ・・・ギャップ

Claims (14)

1. 内燃機関のクランクケースガスから液相を分離するために構成された遠心分離機（２）であって、
   分離チャンバ（１２）と、該分離チャンバ（１２）を通じて延びたロータシャフト（２０）と、前記分離チャンバ（１２）の内側において前記ロータシャフト（２０）に接続されたロータ（１６）と、クランクケースガスのための入口（６）と、ガス出口（８）と、分離された液相のための液体出口（１０）と、を具備した遠心分離機（２）において、
   該遠心分離機（２）は、液体出口チャンバ（１４）、逆止弁（２８）、および回転部材（１８；１８´）を具備し、
   前記液体出口チャンバ（１４）は個別のチャンバを形成しており、且つ液体通路（３６）を通じて前記分離チャンバ（１２）と流体連通して配置されており、
   前記回転部材（１８；１８´）は前記ロータシャフト（２０）に接続されて、前記液体出口チャンバ（１４）の内側に配置されており、
   前記液体出口（１０）は前記液体出口チャンバ（１４）の出口を形成しており、前記逆止弁（２８）は前記液体出口（１０）内に配置されていることを特徴とする遠心分離機（２）。
2. 前記ロータシャフト（２０）を回転軸（２４）の周りに駆動するように構成された電気モータ（２２）を具備していることを特徴とする請求項１に記載の遠心分離機（２）。
3. 前記回転部材（１８；１８´）は、軸方向に延びた少なくとも１つの第１円形フランジ（４０）を具備し、該軸方向に延びた少なくとも１つの第１円形フランジ（４０）は、前記液体通路（３６）の方向に向いていることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心分離機（２）。
4. 前記液体通路（３６）における前記液体出口チャンバ（１４）の壁部は、前記回転部材（１８；１８´）に向かって延びた第２円形フランジ（４２）を具備していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。
5. 前記ロータシャフト（２０）に直交した視点から見て、前記第１円形フランジ（４０）は、少なくとも部分的に前記第２円形フランジ（４２）と重なっていることを特徴とする請求項３または４に記載の遠心分離機（２）。
6. 前記回転部材（１８；１８´）は略円形であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。
7. 前記回転部材（１８´）は、少なくとも１つの径方向または軸方向に延びたブレード（１９）を具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。
8. 前記逆止弁（２８）は傘型弁を具備していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。
9. 前記液体通路（３６）は、前記分離チャンバ（１２）と前記液体出口チャンバ（１４）との間に延びた壁部を通じて延びていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。
10. 前記液体通路（３６）は、前記ロータシャフト（２０）に沿った方向から見て、前記回転部材（１８；１８´）の半径の範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。
11. 前記液体通路（３６）は軸受（３８）を通じて延びており、該軸受は前記ロータシャフト（２０）の軸頸に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。
12. 前記ロータ（１６）は、複数の円錐台形分離ディスクの積層体であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。
13. 前記分離チャンバ（１２）は前記液体通路（３６）の上流に配置されており、前記液体出口チャンバ（１４）は前記液体通路（３６）の下流に配置されており、前記液体出口（１０）は前記液体出口チャンバ（１４）の下流に配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。
14. 前記遠心分離機（２）は、すべての分離された液相を、分離チャンバ（１２）から前記液体通路（３６）および液体出口チャンバ（１４）を通じて、ならびに前記液体出口（１０）を通じて前記遠心分離機（２）の外部に流すように構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の遠心分離機（２）。

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