JP6360201B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関からのクランクケースガスを浄化するための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、関連する燃焼機関のクランクケースから換気される。クランクケースガスは、大気中に換気されるのではなく、環境に優しい方法で処理される。ある管轄区域には、特定のタイプの燃焼機関からのクランクケースガスを大気に換気することを許容しない規制要件が存在する。

クランクケースガスは、とりわけ、ブローバイガス、オイル、その他の液体炭化水素、煤、およびその他の固形燃焼残留物を含むことがある。クランクケースガスを適切に処分するために、ガスは、オイル、煤およびその他の残留物から分離させられる。分離させられたガスは、燃焼機関の空気取り入れ口に導かれてもよく、オイルは、例えばオイルから煤およびその他の固形残留物を除去するためのオイルフィルターを介して燃焼機関のオイルトラフに再び導かれてもよい。

特許文献１は、クランクケースガスを浄化するための遠心分離機を開示している。この遠心分離機は、内部空間を画定する固定ケーシングと、スピンドルと、このスピンドルに取り付けられて回転軸線を中心に回転するよう配置された回転部材とを備える。回転部材は、内部空間に設けられた多数の切頭円錐形分離ディスクを備える。

遠心分離機の分離ディスクまたはセパレーションディスクは、セパレーションディスク間に小さな隙間を伴ってディスクスタック内に配置される。クランクケースガスの分離の場合、クランクケースガスの重質成分、例えばオイルおよび煤は、分離ディスクの内面に押し付けられ、分離ディスクに沿ってディスクスタックの外周に向かって移動するときに液滴を形成する。液滴は、遠心分離機のハウジングの内壁に放り投げられ、オイル出口を介して遠心分離機から導出される。浄化されたクランクケースガスはガス出口を介して遠心分離機から導出される。

クランクケースガス用の遠心分離機のディスクスタックにおける分離ディスク間の小さな隙間は、例えば高ＥＧＲ（排気ガス循環）によってまたは関連する燃焼機関が損耗しているために、多くの煤および粘着性粒子が燃焼機関内で生成される特定の状況下では詰まることがある。特に、分離ディスクの内周には、煤および／またはその他の固形燃焼残留物がオイルおよび／またはその他の炭化水素と共に堆積することがある。このようにして、ディスクスタックにおける分離ディスク間の隙間内への燃焼ガスの流入が妨げられることがある。これにより、遠心分離機の分離性能が低下することがある。

米国特許第７８７５０９８号明細書

本発明の目的は、クランクケースガスを浄化するための遠心分離機の分離ディスクの内周縁での煤およびその他の固形燃焼残留物の堆積を防止することである。

本発明の一態様によれば、上記目的は、内燃機関からのクランクケースガスを浄化するよう構成された遠心分離機によって達成され、当該遠心分離機は、固定ハウジングと、この固定ハウジング内に回転可能に配置されたローターとを備える。固定ハウジングは、クランクケースガスのための入口と、ガス出口と、液体出口とを備える。ローターは分離ディスクのスタックを備え、分離ディスクのスタックの各分離ディスクは、中心軸線と、内面および外面を備えた切頭円錐形状とを有する。周方向内側端面が内面と外面との間で延在する。分離ディスクのスタックの少なくとも一つの分離ディスクの周方向内側端面は、少なくとも２０°の角度で中心軸線まで延在する略平坦な第１の表面部分を備える。

さらに、分離ディスクのスタックは、周方向内側端面がディスクスタックにおけるディスクの間に形成される隙間の上流に存在するように配置される。これは、セパレータに供給されているクランクケースガスが、ディスクスタックにおけるディスク間に導かれる前に周方向内側端面と接触することを意味する。

少なくとも一つの分離ディスクの周方向内側端面の第１の表面部分は中心軸線に対して少なくとも２０度の表面角度で延在するので、中心軸線と平行な表面、すなわち遠心分離機内でクランクケースガスに作用する遠心力に対して垂直な表面が回避される。

したがって、煤およびその他の固形燃焼残留物は、オイルおよび／またはその他の炭化水素と共に、第１の表面部分に沿って、隣接する分離ディスクの隙間に滑り込む。その結果、上記目的が達成される。

本発明者は、分離ディスクの中心軸線に対してある角度で分離ディスクの周方向内側端面を設けることにより、内側端面上の煤およびその他の固形燃焼残留物の堆積が防止されることを見出した。傾斜した内側端面と、煤およびその他の固形燃焼残留物と混合されたオイルおよびその他の炭化水素に作用する遠心力とによって、内側端面上の煤および他の固形燃焼残留物と混合されたオイルおよびその他の炭化水素は内側端面に沿って滑り、分離ディスク間の隙間に入る。

実施形態によれば、略平坦な第１の表面部分は中心軸線に対して少なくとも３０度の角度で、例えば中心軸線に対して少なくとも４５度の角度で、例えば中心軸線に対して少なくとも６０度の角度で、例えば中心軸線に対して少なくとも７５度の角度で延在する。

内燃機関は、車両を推進するように構成されてもよく、あるいは、例えば電気エネルギーを発生させるための発電機を駆動するための据え置き燃焼機関であってもよい。遠心分離機は、クランクケースガスの重質成分、例えば、オイル、その他の炭化水素、煤およびその他の固形燃焼残留物を、燃焼ガスおよび空気のようなクランクケースガスのガスから分離させるように構成される。ディスクスタックにおける分離ディスクの間には隙間が形成される。クランクケースガスはディスクスタックの中心部分から隙間に入る。ローターがディスクスタックと共に回転するとき、重質成分は分離ディスクの内面に押し付けられ、そして、通常は液滴の形態で、分離ディスクに沿ってディスクスタックの外周に向かって移動する。ディスクスタックから、液滴は固定ハウジングの内壁に対して押しやられる。液滴は内壁上に溜まり、液体出口を介して遠心分離機から導出される。浄化されたクランクケースガスはガス出口を介して遠心分離機から導出される。

実施形態によれば、少なくとも一つの分離ディスクの円錐角は、中心軸線と、少なくとも一つの分離ディスクの内面との間に形成される。中心軸線と、第１の表面部分との間に広がる角度は円錐角と反対の方向を向いていてもよい。このようにして、内側端面の煤およびその他の固形燃焼残留物と混合されたオイルおよびその他の炭化水素は、内側端面に沿って、少なくとも一つの分離ディスクの外面に向かって、分離ディスク間の隙間内へと滑り込む。

実施形態によれば、０．１５ｍｍの最大半径を有するエッジが、第１の表面部分と内面または外面との間の移行部において、少なくとも一つの分離ディスクの半径方向内周に形成されてもよい。このようにして、中心軸線と平行に延びる少なくとも一つの分離ディスクの内周縁における実質的な表面部分を回避することができる。

実施形態によれば、分離ディスクのスタックの分離ディスクは射出成形可能なプラスチック材料から製造することができる。このようにして分離ディスクは、射出成形によってコスト効率よく製造可能である。

実施形態によれば、少なくとも一つの分離ディスクは、内面と外面との間で延びる周方向外側端面を含むことができる。ディスクスタックにおけるディスクは、周方向外側端面が周方向内側端面の下流でかつ半径方向外側に存在するように配置されてもよい。周方向外側端面は、中心軸線と略平行に延びる略平坦な第２の表面部分を含むことができる。このようにして、外側端面が中心軸線に対して略直角に延びる場合よりも、少なくとも一つの分離ディスクの内側に、より大きなディスク領域を提供することができる。したがって、より大きな分離領域を提供することができる。

実施形態によれば、少なくとも一つの分離ディスクの外面は、隣接する分離ディスクの内面に対して当接するよう構成されると共に少なくとも一つの分離ディスクと分離ディスクのスタックにおける隣接する分離ディスクとの間に間隔を提供するよう構成された離隔要素を備えてもよい。このようにして、隣接する分離ディスク間の一貫した隙間を提供することができる。

実施形態によれば、遠心分離機は、クランクケースガスを入口からローターの中心部分に導くように構成することができる。このようにして、クランクケースガスは、ローターの回転によって、ローターの中心部分から分離ディスクのスタックにおける分離ディスクの間の隙間内へと「圧送」され得る。このようにして、遠心分離機は、ガスが半径方向内部から半径方向外部までディスクスタック内を流れる同時流れ原理に従って作用することができるが、これは、ガスがローターの周縁部で遠心ローター内へと導かれ、そしてローターの中心部分に向かって案内される対向流原理に従って作動する分離機とは反対である。

実施形態によれば、ローターはスピンドルを備えてもよく、遠心分離機はこのスピンドルを回転させるように構成された駆動装置を備えてもよい。このようにしてローターを回転させることができる。適切な駆動装置の例としては、電気モーター、空気圧モーター、油圧モーター、クランクケースガス、オイルあるいはその他の液体によって駆動されるタービン、あるいはカムシャフト、ポンプまたはファン等の好適な回転部分部分に接続されたギア装置が挙げられる。

本発明のさらなる特徴および利点は、特許請求の範囲および以下の詳細な説明を検討することで明らかになるであろう。

（その特定の特徴および利点を含む）本発明のさまざまな態様は、以下の詳細な説明および図面に記載された例示的な実施形態から容易に理解されるであろう。

実施形態に係る遠心分離機を通る断面図である。 実施形態に係る分離ディスクのスタックの一部を通る断面図である。 実施形態に係る分離ディスクのスタックの一部を通る断面図である。 実施形態に係る分離ディスクのスタックの一部を通る断面図である。

以下、本発明の態様についてより完全に説明する。同様の参照数字は同様の要素を意味する。周知の機能または構成は、簡潔さおよび／または明瞭さのために、必ずしも詳細には記載されない。

図１は実施形態に係る遠心分離機２０を通る断面図である。遠心分離機２０は内燃機関からのクランクケースガスを浄化するよう構成される。遠心分離機２０は、固定ハウジング１と、この固定ハウジング１内に回転可能に配置されたローター４とを備える。固定ハウジング１は内部空間２’を画定するる。固定ハウジング１は、内部空間２’に面する内壁面１ａと、遠心分離機２０の周囲環境に向かって外側に面する外壁面１ｂとを有する。固定ハウジング１は、クランクケースガス用の入口１３、浄化されたガスのためのガス出口１５、およびオイルや煤のようなクランクケースガスの重質成分のための液体出口１６を備える。内部空間２’は上端１１と下端１２とを有する。クランクケースガスのための入口１３は、上端１１においてケーシング１を通って内部空間２’内へと延びている。この実施形態では、ガス出口１５および液体出口１６は下端１２の近傍に設けられている。

ローター４は分離ディスク５のスタックを備える。分離ディスクのスタックの各分離ディスク５は、中心軸線ｘと、内面および外面を含む切頭円錐形状とを有する（図２ａないし図２ｃ参照）。ローター４はスピンドル３を備える。スピンドル３は、二つのベアリング、すなわち上側スピンドルベアリング８および下側スピンドルベアリング９によって軸支されている。遠心分離機２０はスピンドル３を回転させるように構成された駆動装置１０を備える。この実施形態における駆動装置１０は、内部空間２’の下方の別個の空間２’’に設けられている。駆動装置１０は、関連する燃焼機関からのオイルによって駆動されるタービン１０ａを備える。こうしてローター４は内部空間２’内で回転させられる。本発明は図１に示す駆動装置１０に限定されるものではなく、上述したような適切な駆動装置であってもよい。

浄化されるクランクケースガスは、入口１３を経て、遠心分離機２０内に供給される。遠心分離機２０は、入口１３からのクランクケースガスをローター４の中心部分へと導くように構成されている。中心部分から、クランクケースガスは分離ディスク５間の隙間内に導かれる。クランクケースガスが内部空間２’に到着し、ローター４によって回転させられるとき、重質成分が分離ディスク５に当接し、遠心力によって、固定ハウジング１の内壁面１ａに対してローター４の外周から投げつけられる。このようにして浄化され、したがって重質成分が略完全に除去されたガスは、続いて、内部空間２’内で下方に、そしてガス出口１５を通って外に運ばれる。重質成分は、内壁面１ａ上を下方に環状回収溝１７内へと、そして液体出口１６を通って外に流れる。

図２ａは実施形態に係る分離ディスク５のスタックの一部を通る断面図である。分離ディスク５のスタックの部分は、内燃機関から来るクランクケースガスを浄化するよう構成された遠心分離機のローター４の一部を形成するように構成される。そのような遠心分離機の分離ディスクの完全なスタックは、例えば、２０〜１５０枚の分離ディスクを含むことができる。純粋に一例として述べると、分離ディスク５は、約１００ｍｍの直径、約０．３５ｍｍ（離隔要素を含まない）の厚みを有していてもよく、隣接する分離ディスク５の間の隙間は約０．３ｍｍであってもよい。分離ディスクのスタックの各分離ディスク５は、中心軸線ｘと、内面２２および外面２４を含む切頭円錐形状とを有する。隣接するディスクの内面２２と外面２４との間には隙間が形成される。

周方向内側端面２６は内面２２と外面２４との間に延在する。周方向内側端面（２６）は、ディスクスタック（５）のディスク間に形成された隙間の上流に存在する。分離ディスクのスタックの少なくとも一つの分離ディスク５の周方向内側端面２６は、中心軸線ｘに対して少なくとも２０度の角度αで延びる略平坦な第１の表面部分２８を備える。したがって、第１の表面部分２８は中心軸線ｘと平行ではなく、したがって、煤およびその他の粒子は内面２６上に堆積しない。というのは、それらは、内面部分に沿って分離ディスク５間の隙間内へと滑るからである。分離ディスクのスタックの分離ディスク５のそれぞれの周方向内側端面２６は、中心軸線ｘに対して少なくとも２０度の角度αで延びる略平坦な第１の表面部分２８を備えることができる。

少なくとも一つの分離ディスク５の円錐角βは、中心軸線ｘと少なくとも一つの分離ディスク５の内面２２との間に形成される。中心軸線ｘと第１の表面部分２８との間に広がる角度αは円錐角βと反対の方向を向く。別の実施形態では、円錐角βは、中心軸線ｘと第１の表面部分２８との間に広がる角度αと同じ方向を向いてもよい。明らかに、そうした実施形態では、角度αは円錐角βより小さくなければならない。これらの実施形態では、円錐角βは約４５度である。別の実施形態では円錐角βはより小さくても大きくてもよい。

第１の表面部分２８と内面２２との間の移行部において、少なくとも一つの分離ディスク５の半径方向内周には、０．１５ｍｍの最大半径を有するエッジ３０が形成される。上述した代替実施形態では、同じ方向を向く角度α，βによって、第１の表面部分３０と外面２４との間の移行部において、少なくとも一つの分離ディスク５の半径方向内周には、０．１５ｍｍの最大半径を有するエッジ３０が代わりに形成される。エッジ３０は０．１５ｍｍよりも実質的に小さな半径を有することができる。エッジ３０は実質的に鋭利であってさえよい。

少なくとも一つの分離ディスク５は、少なくとも一つの分離ディスク５の内面２２と外面２４との間に延びる周方向外側端面３２を備える。周方向外側端面３２は、中心軸線ｘと略平行に延びる平坦な第２の表面部分３４を備える。分離ディスクのスタックの分離ディスク５のそれぞれの周方向外側端面２６は、中心軸線ｘと略平行に延びる略平坦な第２の表面部分３４を備えることができる。より大きな分離領域の上述した構成に加えて、中心軸線ｘと略平行に延びる略平坦な第２の表面部分３４はまた、射出成形によって分離ディスク５を製造する際に利点をもたらす。

したがって、分離ディスク５は、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリプロピレンまたはその他の適切な材料といった射出成形可能なプラスチック材料から製造することができる。分離ディスク５は、プラスチック材料中にガラス繊維などの繊維材料を含むことができる。分離ディスク５を射出成形によって製造する場合、プラスチック材料は、雌半体と雄半体とによって形成されたダイ内に射出される。分離ディスクの確実な製造を保証にするためには、二つの半体が分離されたときに、成形された全ての分離ディスクがダイの同じ半体内に残ることが不可欠である。分離ディスク５の中心軸線ｘと略平行に延びる略平坦な第２の表面部分３４はダイの雌半体内に形成される。第２の表面部分の延長部は、ダイの雌・雄半体が分離されるときに、各分離ディスクがダイの雌半体内に留まることを保証し得る。

少なくとも一つの分離ディスク５の外面２４には、ディスクスタック内の隣接する分離ディスク５の内面２２に当接するように構成された離隔要素３６を備える。分離ディスクのスタックにおける各分離ディスク５には、スタックにおける隣接する分離ディスク５間に一貫した間隔を設けるために、そうした離隔要素３６（図２ａには図示せず）を備えることができる。離隔要素３６は、例えば、長方形、正方形、円形または楕円形であってもよい。分離ディスク５間の隙間を確保することに加えて、離隔要素３６はまた、射出成形によって分離ディスク５を製造する際に利点を提供する。離隔要素３６が外面２４に設けられるので、離隔要素３６はダイの雌半体内に形成される。したがって、離隔要素３６は雌半体と係合してもよく、そしてダイの雌・雄半体が分離させられたとき各分離ディスク５が雌半体内に留まることを保証し得る。

図２ｂおよび図２ｃは、実施形態に係る分離ディスク５のスタックの一部を通る断面を示している。やはり、分離ディスク５のスタックの一部は、クランクケースガスを浄化するよう構成された遠心分離機のローターの一部を形成するように構成される。これらの実施形態の分離ディスク５は、図２ａに関連して説明した実施形態の分離ディスク５に非常に似ている。やはり、周方向内側端面２６は、各分離ディスク５の内面２２と外面２４との間に延在している。分離ディスクのスタックの少なくとも一つの分離ディスク５の周方向内側端面２６は、中心軸線ｘに対して角度αで延びる略平坦な表面部分２８を備える。

図２ａの実施形態との主たる相違点について以下で説明する。

図２ｂの実施形態では、第１の表面部分２８は、中心軸線ｘに対して少なくとも４５度の角度αで延びる。このように、図２ａの実施形態におけるよりも急な角度αが設けられてもよい。このようにして、煤およびその他の燃焼残留物が分離ディスク５の内周に堆積し難くなる。

図２ｃの実施形態において、第１の表面部分２８は中心軸線ｘに対して略垂直に延びる。すなわち角度αは略９０度である。このようにして、中心軸線ｘに沿って内外面２２，２４間に延びる周方向内側端面２６の表面部分は実質的に存在しなくなる。したがって、この実施形態では、煤およびその他の燃焼残留物が堆積する可能性がある表面は設けられない。

本発明は本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈すべきではない。特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書に開示された実施形態の異なる特徴を組み合わせて、本明細書に記載されたもの以外の実施形態を創出できることは当業者にとって自明である。代替的に、分離ディスク５は、アルミニウムのようなシートメタルから製造することができる。

本発明を例示的な実施形態を参照して説明したが、多くの異なる変更、改変などは当業者にとって明白であろう。したがって、上記はさまざまな例示的実施形態の例証であり、本発明は特許請求の範囲によってのみ規定されることを理解されたい。

本明細書で使用するように、「備えている」または「備える」という用語は制約を持たないものであり、一つ以上の述べられた特徴、要素、ステップ、構成要素または機能を含むが、一つ以上のその他の特徴、ステップ、構成要素、機能またはそれらのグループの存在あるいは付加を妨げない。

１ 固定ハウジング（ケーシング）
１ａ 内壁面
１ｂ 外壁面
２’ 内部空間
２’’ 別個の空間
３ スピンドル
４ ローター
５ 分離ディスク
８ 上側スピンドルベアリング
９ 下側スピンドルベアリング
１０ 駆動装置
１０ａ タービン
１１ 上端
１２ 下端
１３ 入口
１５ ガス出口
１６ 液体出口
１７ 環状回収溝
２０ 遠心分離機
２２ 内面
２４ 外面
２６ 周方向内側端面
２８ 第１の表面部分
３０ エッジ
３２ 周方向外側端面
３４ 第２の表面部分
３６ 離隔要素

Claims (10)

1. 内燃機関からのクランクケースガスを浄化するよう構成された遠心分離機（２０）であって、前記遠心分離機（２０）は、固定ハウジング（１）と、前記固定ハウジング（１）の内部に回転可能に配置されたローター（４）と、を備え、前記固定ハウジング（１）は、クランクケースガスのための入口（１３）と、ガス出口（１５）と、液体出口（１６）と、を備え、前記ローター（４）は分離ディスク（５）のスタックを備え、分離ディスク（５）の前記スタックの各分離ディスク（５）は、中心軸線（ｘ）と、内面（２２）および外面（２４）を備えた切頭円錐形状と、を有し、周方向内側端面（２６）が前記内面（２２）と前記外面（２４）との間で延在しており、前記クランクケースガスの流れ方向に沿って見た場合に、分離ディスク（５）の前記スタックは前記周方向内側端面（２６）が前記ディスクスタック（５）における前記ディスクの間に形成される隙間の上流に存在するように配置されており、
   分離ディスク（５）の前記スタックの少なくとも一つの分離ディスク（５）の前記周方向内側端面（２６）は、少なくとも２０°の角度（α）で前記中心軸線（ｘ）まで延在する略平坦な第１の表面部分（２８）を備える、遠心分離機（２０）。
2. 前記第１の表面部分（２８）は、前記中心軸線（ｘ）に対して、少なくとも４５度の角度（α）で延在する、請求項１に記載の遠心分離機（２０）。
3. 前記少なくとも一つの分離ディスク（５）の円錐角（β）が、前記中心軸線（ｘ）と前記少なくとも一つの分離ディスクの前記内面（２２）との間に形成され、かつ、前記中心軸線（ｘ）と前記第１の表面部分（２８）との間に広がる前記角度（α）と前記円錐角（β）とは、前記中心軸線（ｘ）に沿って互いに分離している、請求項１または請求項２に記載の遠心分離機（２０）。
4. 前記第１の表面部分（２８）は、前記中心軸線（ｘ）に対して、略垂直に延在する、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の遠心分離機（２０）。
5. ０．１５ｍｍの最大半径を有するエッジ（３０）が、前記第１の表面部分（２８）と前記内面（２２）あるいは前記外面（２４）との間の移行部において、前記少なくとも一つの分離ディスク（５）の半径方向内周に形成される、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の遠心分離機（２０）。
6. 分離ディスク（５）の前記スタックの前記分離ディスク（５）が射出成形可能なプラスチック材料から製造される、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の遠心分離機（２０）。
7. 前記少なくとも一つの分離ディスク（５）は、前記内面（２２）と前記外面（２４）との間に延在する周方向外側端面（３２）を備え、前記周方向外側端面（３２）は、前記中心軸線（ｘ）と略平行に延びる略平坦な第２の表面部分（３４）を備える、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の遠心分離機（２０）。
8. 前記少なくとも一つの分離ディスク（５）の前記外面（２４）は、隣接する分離ディスク（５）の前記内面（２２）に対して当接するよう構成されると共に前記少なくとも一つの分離ディスク（５）と、分離ディスク（５）の前記スタックにおける前記隣接する分離ディスク（５）との間に間隔を提供するよう構成された離隔要素（３６）を備える、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の遠心分離機（２０）。
9. クランクケースガスを前記入口から前記ローター（４）の中心部分へと導くように構成される、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の遠心分離機（２０）。
10. 前記ローター（４）はスピンドル（３）を備え、かつ、前記遠心分離機（２０）は前記スピンドル（３）を回転させるよう構成された駆動装置（１０）を備える、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の遠心分離機（２０）。

Images