KR101896531B1

KR101896531B1 - 분리기

Info

Publication number: KR101896531B1
Application number: KR1020127022926A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 존 코플리; 에이드리언 리차드 민셰어
Original assignee: 파커 하니핀 매뉴팩쳐링(유케이) 리미티드
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2018-09-10
Also published as: EP2531273B1; GB201001876D0; WO2011095790A1; KR20130031819A; US20120318215A1; CN102781543B; EP2531273A1; US8915237B2; CN102781543A

Abstract

본 발명은 유체 스트림으로부터 오염물질을 분리하기 위한 분리기(10)에 관한 것이다. 상기 분리기는 유체가 통과할 수 있는 개구(66)에 의해 커플링된 제 1 및 제 2 챔버(60,80)들을 포함한다. 상기 제 1 챔버(60)는 혼입된 오염물질을 포함한 제 1 유체 스트림을 수용하도록 배열된 제 1 입구를 갖는다. 상기 제 1 챔버(60) 내의 유체 압력과 압력 기준(82) 간의 압력차에 따라 상기 개구(66)의 단면적을 조절하도록 액추에이터(64)가 배열된다. 상기 제 1 유체 스트림으로부터 오염물질이 분리되도록, 상기 제 1 유체 스트림이 상기 제 2 챔버(80)로 진입한 후 상기 제 1 유체 스트림을 편향시키도록 배열된 충돌 표면(68)이 상기 제 2 챔버(80)에 커플링된다. 상기 개구(66)를 통해 상기 제 1 유체 스트림을 견인하기 위해 상기 개구(66) 전체에 압력차를 발생시키도록 펌프(12)가 배열된다. 상기 펌프(12)는 제 3 챔버(110)를 포함하고, 상기 제 3 챔버는 당해 제 3 챔버(110)로 제 2 유체 스트림을 수용하기 위한 제 2 입구(50)와, 상기 충돌 표면(68)의 하류에서 상기 제 1 유체 스트림을 수용하기 위한 제 3 입구(54)를 가지며, 상기 제 2 입구(50)는 상기 제 2 유체 스트림을 가속하기 위한 수렴 노즐(52)을 포함하고, 상기 제 3 입구(54)는 상기 제 2 유체 스트림이 상기 제 1 유체 스트림을 혼입하여 가속할 수 있도록 상기 제 2 입구(50)에 대해 배열된다. 일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 챔버(60,80)들은 내외부 튜브들에 의해 규정되며, 상기 외부 튜브의 제 2 단부를 폐쇄하는 다이어프램(64)을 포함한 액추에이터(64)에 의해 제 4 챔버(82)가 상기 제 1 및 제 2 챔버(60,80)들로부터 분리되고, 상기 제 4 챔버(82)는 상기 압력 기준(82)을 유지하기 위한 가스 입구를 갖는다. 상기 다이어프램(64)은 상기 제 1 챔버(60) 내의 유체 압력과 상기 제 4 챔버(82) 내의 유체 압력 간의 압력차에 따라 상기 개구(66)의 단면적을 조절하기 위해 상기 튜브들의 종축선을 따라 이동하도록 배열된다.

Description

분리기{A SEPARATOR}

본 발명은 분리기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유체 스트림으로부터 미립자, 액체 및 에어로졸 오염물질을 분리하기 위한 분리기에 관한 것이다. 본 발명의 특정 실시예들은 왕복 엔진 내부의 블로-바이 가스 스트림으로부터 미립자, 액체 및 에어로졸 오염물질을 분리하기 위한 분리기에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 실시예들은 조절기에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 실시예들은 크랭크케이스 환기 시스템 내부의 압력을 조절하기 위한 조절기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예들은 펌프 보조 크랭크케이스 환기 시스템에서 사용하기에 적합한 일체형 분리기 및 조절기를 제공한다.

왕복 엔진 내부에서 블로-바이 가스는 연소 프로세스의 부산물로서 발생된다. 연소 과정에서, 연소 가스 혼합물의 일부는 피스톤 링들 또는 다른 시일들을 통해 탈출하여 피스톤들 외부의 엔진 엔진 크랭크케이스로 유입된다. 용어 "블로-바이(blow-by)"는 가스가 피스톤 시일들을 지나 누출된다는 사실을 의미한다. 블로-바이 가스의 유동 레벨은 수개의 요인들, 예컨대, 엔진 변위, 피스톤 실린더 시일들의 유효성 및 엔진의 파워 출력에 따라 좌우된다. 블로-바이 가스는 통상적으로 이하의 성분들을 갖는다: (에어로졸 액적이 0.1㎛ 내지 10㎛ 범위인 액체 및 에어로졸 모두로서의) 오일, 매연 입자(soot particles), 아산화질소(NOx), 탄화수소(가스성 탄화수소와 가스성 알데히드 모두), 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 물 및 다른 가스성 공기 성분들.

블로-바이 가스가 출구 없는 크랭크케이스 내부에 갇히면, 엔진 내부의 어딘가 다른 곳에서, 예컨대, 크렝크케이스 시일들, 딥스틱 시일들 또는 터보차저 시일들에서 크랭크케이스 오일이 누설되어 압력이 완화될 때까지, 크랭크케이스 내부의 압력이 상승하게 된다. 이러한 누설은 엔진에 손상을 야기할 수 있다.

그러한 손상과 과다한 오일 손실을 방지하기 위해, 블로-바이 가스가 대기로 환기될 수 있도록 하는 출구 밸브를 제공하는 것이 알려져 있다. 그러나, 환경에 대한 인식이 일반적으로 증가하고 있고, 특히, 자동차 산업 내에서, 크랭크케이스 내부로부터의 오일 및 다른 오염물질의 방출로 인하여, 블로-바이 가스를 대기로 환기할 수 있도록 하는 것은 허용될 수 없게 되고 있다. 더욱이, 그러한 환기는 크랭크케이스 오일이 소비되는 속도를 증대시킨다.

따라서, 블로-바이 가스를 필터링하는 것이 알려져 있다. 필터링된 블로-바이 가스는 (개방형 루프 시스템에서) 전처럼 대기로 환기될 수 있거나, (폐쇄형 루프 시스템에서) 엔진의 공기 입구로 복귀될 수 있다. 상기 블로-바이 가스는 필터링 매체 또는 다른 공지 형태의 가스 오염물질 분리기를 통과할 수 있다. 정화된 가스를 엔진 공기 흡입구로 복귀시키는 엔진 블로-바이 가스/오일 분리기의 종래 배열체를 폐쇄형 크랭크케이스 환기 시스템(CCV)이라 흔히 칭한다. 종래의 CCV 시스템들은 엔진 공기 흡입구에 의해 발생되는 진공 중 과다한 비율이 CCV 분리기를 통해 엔진 크랭크케이스로 전달되지 않도록 보장하기 위해 추가적인 크랭크케이스 압력 조절기의 사용을 필요로 한다.

CCV 시스템에 있어서, 엔진 부품들의 막힘과 그로 인한 성능 감소 또는 부품의 고장을 방지하기 위해, 오일, 매연 및 다른 오염물질을 제거하기 위한 필터링이 필요하다.

개방형 및 폐쇄형 루프 시스템 모두에서 블로-바이 가스를 더 효율적으로 정화하기 위한 수요가 증가하고 있다. 예컨대, 많은 엔진 제조사들은 절대 측정 필터를 사용하여 수집된 미립자들에 대하여 질량에 의한 측정(중량에 의한 측정)으로 98% 이상의 전체 오일 분리 효율을 요구하고 있다. 몇몇 경우들에서, 0.2 미크론 정도로 작은 특정 입도에 대하여 85% 정도로 높을 수 있는 효율 요건이 제시되었다.

필터 매체를 이용한 분리는, 그 필터들이 막히기 전에 유한한 수명을 갖고 있고 교환되어야만 하기 때문에, 바람직하지 않다. 엔진 제조사들과 소비자들은 일반적으로 엔진 수명 동안 제대로 유지될 수 있는 엔진 부품을 사용하는 것만을 선호한다. 피트 포 라이프(fit for life) 분리기들이 알려져 있으나, 통상적으로 오직 전동 원심 분리기들과 정전 집진기들만이 지금까지 요구되는 수준의 분리 효율을 구현할 수 있었다. 그러한 분리기들은 제조 비용이 높거나, 전력을 소비하거나, 또는 쉽게 마모될 수 있는 가동부들을 갖는다. (가스 흐름에 대해 횡방향으로 놓인 임팩터 플레이트에 오염된 가스 스트림이 입사될 때 분리가 이루어지는) 저렴한 피트 포 라이프 임팩터 분리기는 일반적으로 요구되는 분리 효율을 구현할 수 없다. 임팩터 분리기들은 또한 당업계에서 관성 가스-액체 임팩트 분리기들로 불린다. 관성 가스-액체 임팩터 분리기를 폐쇄형 크랭크케이스 환기 시스템에서 사용하는 것이 알려져 있다. 슬릿, 노즐 또는 다른 오리피스를 통해 고속으로 유체를 가속하고, 급격한 방향 전환을 유발하기 위해 임팩터 플레이트에 대해 유체 스트림을 지향함으로써, 유체 스트림으로부터 오염물질이 제거된다.

파커 한니핀 (유케이) 리미티드 명의의 WO-2009/037496-A2는 유체 스트림으로부터 오염물질을 분리하기 위한 분리기를 개시하고 있다. 상기 분리기는, 챔버; 제 1 유체 스트림을 수용하기 위한 제 1 입구로서, 상기 제 1 유체 스트림을 가속하기 위한 수렴 노즐을 가진, 제 1 입구; 및 혼입된 오염물질을 포함한 제 2 유체 스트림을 수용하기 위한 제 2 입구를 포함한다. 상기 제 2 입구는, 상기 제 1 유체 스트림이 제 2 유체 스트림을 혼입하여 가속하여 챔버 내부에 혼합된 유체 스트림을 형성할 수 있도록, 상기 제 1 입구에 대해 배열된다. 표면이 상기 챔버에 커플링되고, 상기 표면은 상기 혼합된 유체 스트림으로부터 오염물질이 분리되도록 상기 혼합된 유체 스트림이 당해 표면에 입사하는 도중에 편향을 유발하도록 배열된다.

이 공지의 분리기 형태에 따르면, 피동부 또는 가동부를 필요로 하지 않고, 높은 수준의 효율로 유체 스트림으로부터 오염물질이 제거될 수 있다. 상기 분리기는 내연 기관으로부터 유도된 블로-바이 가스 스트림과 같은 가스 스트림으로부터 오염물질을 분리하는데 적합하다. 상기 제 1 유체 스트림은 터보 압축기 또는 자동차 엔진 내부의 다른 압축 공기 소스로부터 유도될 수 있으며, 엔진의 크랭크케이스로부터 블로-바이 가스를 견인하는 역할을 한다. 상기 제 1 유체 스트림은 챔버 내에 감압 영역을 형성한다. 그러한 분리기는, 고장날 수 있는 가동부들 또는 쉽게 막혀서 주기적인 교환을 필요로 하는 필터 매체들이 없기 때문에, 피트 포 라이프 분리기일 수 있다.

유체 스트림을 편향시킴으로써 분리를 유발하도록 배열된 충돌 표면을 가진 분리기들에 있어서, 유체 스트림이 통과하는 노즐을 제공함으로써, 분리 효율이 증대될 수 있다. 상기 노즐은, 유체 스트림이 더 고속으로 충돌 표면에 입사하도록, 상기 유체 스트림의 가속을 유발한다. 최고의 속도와 분리 효율을 구현하기 위하여, 가능한 최소의 단면적을 가진 노즐을 응용하는 것이 바람직하다. 이러한 노즐의 바람직하지 않은 결과는 분리기에서 더 높은 압력 강하가 발생한다는 것이다. 크랭크케이스 압력이 수용할 수 없는 수준으로 상승하는 것을 방지하기 위하여, 노즐의 크기와 그에 따른 분리기의 성능이 제한되어야만 한다. 크랭크케이스 압력을 수용할 수 있는 한계 이내로 제어하기 위하여, 분리기의 상류 또는 하류 중 어느 하나에 압력 조절기가 또한 추가되어야만 한다.

전술한 바와 같이 고정된 단면적의 노즐들을 가진 관성 분리기들은 임팩터면에 걸쳐서 균일한 속도를 가진 공기 스트림을 생산한다. 서로 다른 크기의 미립자들의 관성 차이로 인하여, 특유의 분별 분리 효율 프로파일의 결과에 따르면, 최소의 미입자들은 더 크고 더 무거운 미립자들에 비해 성공적으로 분리될 기회가 현저히 더 낮다.

본 발명의 실시예들의 목적은 본 명세서나 어딘가 다른 곳에서 확인된 종래 기술과 연관된 문제점들 중 하나 이상을 제거하거나 완화하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예들의 목적은 전력이나 복잡한 회전부들에 따라 좌우되지 않고 유체 스트림으로부터 오염물질을 분리하기 위한 고효율의 피트 포 라이프 분리기를 제공하는 것이다. 본 발명의 실시예들의 다른 목적은 유체 입구 압력이 수용할 수 없는 수준으로 상승하는 것을 방지할 수 있는 고효율 분리기를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따라, 유체 스트림으로부터 오염 물질을 분리하기 위한 분리기이며, 제1 챔버를 형성하고, 제1 단부에서 혼입된 오염 물질을 포함하는 제1 유체 스트림을 수용하도록 배열된 내부 튜브와, 제1 챔버를 둘러싸는 환형 제2 챔버를 형성하고 제1 유체 스트림이 개구를 통해 제2 챔버로 통과할 수 있도록 내부 튜브의 벽 내의 개구를 통해 제1 챔버에 결합되는 외부 튜브와, 내부 튜브의 제2 단부를 폐쇄하는 다이어프램에 의해 제1 및 제2 챔버로부터 분리되는 제3 챔버로서, 제3 챔버 내의 기준 가스 압력을 유지하기 위해 가스 입구를 구비하는 제3 챔버와, 상기 제 1 유체 스트림으로부터 오염 물질질이 분리되도록, 상기 제 1 유체 스트림이 상기 제 2 챔버로 진입한 후 상기 제 1 유체 스트림을 편향시키도록 배열되어 상기 제 2 챔버에 커플링된 충돌 표면; 및 상기 개구를 통해 상기 제 1 유체 스트림을 견인하기 위해 상기 개구 전체에 압력차를 발생시키도록 배열된 펌프를 포함하며, 다이어프램은 제3 챔버 내의 유체 압력과 제1 챔버 내의 유체 압력 사이의 압력차에 따라 개구의 개방 영역을 조절하도록 내부 튜브의 벽과 그 내부의 개구를 점진적으로 차폐 및 차폐해제하게 튜브의 종축을 따라 이동하도록 배열됨으로써, 다이어프램은 개구의 개방 영역을 증가시킴으로써 증가하는 내부 압력에 응답하고, 다이어프램은 개구의 개방 영역을 감소시킴으로써 가용 펌프 진공의 증가에 응답하여 기준 가스 압력에 대한 사전결정된 한계 이내에서 제1 챔버내의 유체 압력을 유지하고 분리기의 분리 효율을 증가시키는 분리기가 제공된다.

본 발명의 제 1 양태의 장점은, 상기 펌프가 상기 충돌 표면의 하류에 감압 영역을 발생시킴으로써, 수용할 수 없는 수준으로 입구 압력을 상승시키지 않고 분리기 전체에서 높은 압력차가 유지될 수 있도록 한다는 것이다. 또한, 상기 액추에이터는 상기 입구 압력이 압력 기준에 대해 미리 정해진 수준으로 유지되도록 보장한다. 본 발명의 제 1 양태의 추가의 이점은 입구 및 압력 기준 사이의 압력 차이에 응답하는 다이어프램의 이동이 기준 가스 압력에 대해 입구 압력을 사전결정된 수준으로 유지되게 하는 것이다.

상기 개구는 내부 튜브보다 더 작은 개방 영역을 가질 수 있으며, 상기 충돌 표면을 향하여 상기 제 1 유체 스트림을 가속하도록 배열될 수 있다.

상기 개구의 개방 영역의 변화율은 상기 압력차의 변화에 대해 비선형적 응답을 갖도록 배열될 수 있다.

삭제

상기 개구는 상기 튜브 벽체를 관통한 슬롯을 더 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 당해 다이어프램이 이동할 때 상기 개구의 개방 크기를 변화시키기 위해 상기 슬롯을 점진적으로 덮거나 덮지 않도록 배열된 가요부(flexible portion)를 더 포함한다.

상기 분리기는 정화된 유체 스트림이 당해 분리기를 빠져나갈 수 있도록 하는 유체 출구와, 액체 오염물질이 당해 분리기로부터 배출될 수 있도록 배열된 드레인을 더 포함할 수 있다.
개구의 개방 영역의 변화율은 충격 표면의 면을 가로질러서 유체 속도의 분배를 일으키도록 배열될 수 있다.
제 3 챔버는 제 3 챔버가 대기압이 되도록 공기 입구를 구비할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따라, 크랭크케이스 환기 시스템이 제공되며, 이는 크랭크케이스로부터 블로-바이 가스를 수용하도록 배열된 가스 입구와, 선행항 중 어느 한 항에 따른 분리기로서, 제 1 입구는 상기 가스 입구에 커플링되는 분리기와, 제 2 챔버에 커플링되는 가스 출구를 포함하며, 상기 가스 출구는 엔진 공기 입구 시스템에 커플링되거나 주변 환경으로 가스들을 방출하도록 배열된다.

본 발명의 제 3 양태에 따라, 전술한 바와 같은 크랭크케이스 환기 시스템을 포함하는 내연 기관이 제공되며, 상기 제 1 입구는 터보차저로부터 유도된 가압 가스 스트림을 수용하도록 배열되고, 상기 분리기는 상기 블로-바이 가스로부터 크랭크케이스 오일을 분리시키도록 작동가능하며, 상기 분리기 드레인은 분리된 크랭크케이스 오일을 크랭크케이스로 복귀시키도록 배열된다.

삭제

이하, 첨부도면을 단지 예로서만 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 1은 폐쇄형 크랭크케이스 환기 시스템을 포함하는 엔진 시스템을 개략적으로 도시하고 있고;
도 2는, 변화하는 크랭크케이스 압력에 대해 가변적인 응답을 갖도록 배열된 임팩터 분리기를 포함하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CCV 시스템의 단면도를 도시하고 있으며;
도 3은 도 2의 CCV 시스템 임팩터 분리기의 확대 단면도이고;
도 4는 도 2의 임팩터 튜브의 사시도이며;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 CCV 시스템 임팩터 분리기의 단면도이고;
도 6은 폐쇄 위치에 있는 도 5의 CCV 시스템 임팩터 분리기의 일부를 형성하는 다이어프램의 확대 단면도이며; 그리고
도 7은 개방 위치에 있는 도 5의 CCV 시스템 임팩터 분리기의 일부를 형성하는 다이어프램의 확대 단면도이다.

정화된 가스를 엔진 공기 흡입구로 복귀시키는 엔진 블로-바이 가스/오일 분리기의 종래 배열체를 폐쇄형 크랭크케이스 환기 시스템(CCV)이라 흔히 칭한다. 공지의 CCV 시스템들은 엔진 공기 흡입구에 의해 발생되는 진공 중 과다한 비율이 CCV 분리기를 통해 엔진 크랭크케이스로 전달되지 않도록 보장하기 위해 크랭크케이스 압력 조절기의 사용을 필요로 한다.

도 1을 참조하면, 이 도면은 디젤 엔진(4)에 커플링된 종래의 CCV 시스템(2)의 배열체를 도시하고 있다. 엔진 크랭크케이스로부터의 블로-바이 가스는 입구 덕트(6)를 따라 CCV 시스템(2)으로 이동한다. 상기 CCV 시스템(2)은 직렬로 오염물질 분리기(10)와 입구 덕트(6)에 커플링된 조절기(8)를 포함한다. 상기 조절기(8)와 상기 분리기(10)는 도 1에 통합되어 도시되어 있다.

상기 분리기(10) 전체에서의 압력 강하를 증대시킴으로써 필터링 효율을 증대시키기 위해, 상기 CCV 시스템 내부에 펌프(12)가 선택적으로 제공될 수 있다(도 1에서는 별도로 보이지 않음). 정화된 블로-바이 가스는 가스 출구(14)를 통해 CCV 시스템을 빠져나가며, 엔진 공기 흡입구 시스템으로 복귀하게 된다. 구체적으로, 상기 엔진 공기 흡입구 시스템은 입구(16)를 통해 자동차의 외부로부터 공기를 견인하고, 그 다음, 상기 공기는 입구 공기 필터 및 소음기(18), (엔진 배기가스(24)에 의해 구동되는) 터보차저(22)에 의해 구동되는 압축기(20) 및 엔진(4)에 공급되기 전의 압축 가스를 냉각시키기 위한 애프터 쿨러(26)를 통과한다. 정화된 블로-바이 가스는 가스 출구(14)로부터 압축기(20)로 이동한다. 상기 블로-바이 가스로부터 분리된 오일 및 다른 오염물질은 오일 드레인(28)을 통해 엔진 크랭크케이스로 복귀하게 된다.

도 1의 시스템에서, 터보차저(22)와 공기 필터(18) 사이에서 발생된 진공의 일부는 블로-바이 분리기(10)에서 소실된다. 상기 조절기(8)는 그렇지 않았더라면 엔진 크랭크케이스에 노출될 임의의 잔여 진공을 제어한다. 엔진 공기 필터(18)를 통해 차이가 견인되므로, 터보 압축기(22)에 의해 견인되는 전체 공기 흐름이 조절기의 폐쇄에 의해 반드시 제한되는 것은 아님을 볼 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 이 도면은 블로-바이 가스 스트림으로부터 액체, 에어로졸 및 미립자 오염물질을 분리하기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CCV 시스템의 단면도를 도시하고 있다. 압력 조절기(8), 분리기(10) 및 펌프(12)를 포함한 개별 부분들이 표시되어 있다.

상기 조절기(8)는 요구에 따라 블로-바이 가스 흐름을 제한하고 크랭크케이스 압력을 조절하기 위해 개방 또는 폐쇄하도록 배열된 부유식 다이어프램(30)을 포함한다. 블로-바이 가스는 CCV 가스 입구(6)를 통해 제 1 조절기 챔버(32)로 진입한다. 챔버(32)는 엔진 크랭크케이스와 실질적으로 동일한 압력이다. 상기 다이어프램(30)은 제 1 챔버(32)와 (분리기(10)에 커플링된)제 2 챔버(34) 사이의 갭을 적어도 부분적으로 가린다. 다이어프램(30)의 제 1 면은 챔버(32) 내의 블로-바이 가스에 노출된다. 다이어프램(30)의 제 2 면은 주변 환경으로의 개방부를 가진 챔버(36) 내부의 대기 가스 압력에 노출된다. 대안적으로, 상기 제 3 챔버(36)는 별도의 압력 기준에 커플링될 수 있다.

상기 다이어프램(30)의 이동은 제 1 및 제 2 스프링(38,40)에 의해 제어된다. 스프링(38)은 제 2 챔버 내부에 위치되며, 제 1 및 제 2 챔버(32,34)들 사이의 갭을 폐쇄하기 위한 다이어프램(30)의 이동에 저항한다. 스프링(40)은 제 3 챔버(36) 내부에 위치되며, 제 1 및 제 2 챔버(32,34)들 사이의 갭을 개방하기 위한 다이어프램(30)의 이동에 저항한다. 블로-바이 가스와 대기 가스 압력에 의해 영향을 받은 다이어프램(30)의 제 1 및 제 2 면들의 상대적 크기 조절과 스프링(38,40)들의 응답 조절은 다이어프램(30)의 이동 범위와 속도를 제어하기 위해 이용될 수 있다.

CCV 시스템(2)의 분리 성능을 향상시키기 위한 일체형 펌프(12)의 응용은 비교적 신규한 것이다. 펌프(12)는 분리기(10)를 통해 블로-바이 가스를 견인하기 위해 압축기(20)로부터 이용가능한 진공보다 더 큰 진공을 발생시킨다. 상기 제 1 챔버(32) 내의 압력은, 이하에 매우 상세하게 개시된 바와 같이, 요구되는 진공을 발생시키기 위한 펌프의 사양, 조절기(8) 내부에서 적절한 압력 조절 스프링력의 특정, 및 분리기(10)의 압력 응답 특정에 의해, 소정의 크랭크케이스 압력으로 조절된다. 제 2 챔버(34) 내의 압력은 (분리기(10)의 압력 응답에 따라) 분리기 전체에서의 가변적인 압력 손실과 펌프(12)에 의해 발생되는 진공에 의해 규정된다. 상기 발생되는 진공은 선택된 펌프의 흐름 대 압력 성능 곡선을 따르는 동작점에 따라 결정된다.

펌프식 CCV 분리기 시스템에 있어서, 펌프를 통과하는 흐름은 조절기 다이어프램의 위치에 의해 완전히 제한될 수 있음을 이해할 것이다. 도 2에 도시된 조절기에 있어서, 제 1 및 제 2 챔버(32,34)들을 분리시키는 관형 벽체(42)의 단부에 다이어프램(30)이 접촉하게 되면, 제 1 및 제 2 챔버들 사이의 가스 흐름은 중단된다. 상기 펌프(12)에 대한 효과는 조절되지 않은 변위 펌프가 출력 압력의 급등을 유발할 수 있는 펌프 서지(surge) 현상과 유사하다. 대부분 또는 완전히 폐쇄된 조절기에 기인한 제한된 흐름은 펌프 동작점을 대응하는 저유동 및 고진공 위치로 이동시킨다. 제 2 챔버(34)에서 발생된 증대된 진공은 진공 조절 스프링(38,40)에 작용하는 힘을 더 증대시키고, 블로-바이 가스의 흐름은 아직 더 제한된다. 엔진 크랭크케이스 내에서 정압의 축적에 의해 발생되어 다이어프램(30)에 작용하는 더 큰 힘만이 조절기를 다시 개방할 수 있다. 전술한 바와 같이, 크랭크케이스 내에서 과다한 압력 축적은 크랭크케이스에 대한 손상과 오일 누설을 유발할 수 있다. 종래의 선형 응답 조절기로 제어할 수 없는 높고 낮은 압력 헌팅(hunting)의 폐쇄형 루프 제어 사이클이 펌프와 조절기 사이에 생긴다.

펌프식 CCV 시스템에 대한 높고 낮은 압력 헌팅의 문제점은 다른 유형의 크랭크케이스 환기 시스템 내에서도 경험할 수 있다. 구체적으로, 개방형 크랭크케이스 환기 시스템, 비펌프식 폐쇄형 크랭크케이스 환기 시스템 및 배기가스 펌프식 환기 시스템에서, 압력 헌팅이 발생할 수 있다. 더 일반적으로, 종래의 조절기와 연관하여 전술한 문제점들이 압력 조절기를 포함한 임의의 시스템에서 발생할 수 있다.

높고 낮은 압력 헌팅 및 펌프 서지의 문제점들을 해소하는 개선된 조절기가 본 출원인이 영국에서 공동 소유한 분리기 특허 출원(2009년 12월 10일자로 출원된 GB-0921576.5)의 요지이다. 본 발명에 따르면, 임팩터(10)는 GB-0921576.5에 개시된 것과 유사한 형태의 압력 조절을 포함한다.

펌프(12)는 분리기(10)를 통해 오염된 블로-바이 가스를 견인하기 위해 저 가스 압력 영역을 발생시키는 역할을 한다. 본 발명의 특정 실시예들에 따른 펌프(12)는 일종의 제트 펌프인 것으로 생각할 수 있다. 분리기들과 조합된 유사한 제트 펌프들이 WO-2009/037496-A2에 개시되어 있다. 펌프(12)의 제 1 입구(50)는 본 명세서에서 "부스트 가스(boost gas)"라 칭하는 가압 가스의 소스를 수용한다. 상기 부스트 가스는 터보 차저(22) 또는 배기 가스와 같은 가압 가스의 임의의 다른 소스에 의해 제공될 수 있다. 상기 부스트 가스는 부스트 가스 입구로 진입할 때 고속일 필요가 없다. 상기 부스트 가스는 압력하 일지라도 정적일 수 있다. 선택적으로, 상기 부스트 가스는 배기가스 또는 터보차저로부터 얻어질 수 있으며, 부스트 가스 입구로 이동하기 전에 별도의 대기 챔버 또는 수집기에 저장될 수 있다.

부스트 가스는 부스트 가스 입구(50)를 통해 펌프로 진입한다. 터보차저 엔진에서 사용될 때, 상기 부스트 가스는 흡기 매니폴드와 같은 가압 가스의 소스로부터 유도될 수 있다. 대안적으로, 상기 가압 가스가 터보차저로부터 직접 유도될 수 있으나, 이 단계에서, 터보차저 가스가 대략 180 내지 200℃로부터 50 내지 60℃로 냉각되도록 터보차저 가스가 열교환기(대안적으로, "인터쿨러"라 칭함)를 통과하였으므로, 상기 흡기 매니폴드로부터 공기를 유도하는 것이 바람직하다. 저온 부스트 가스의 사용은 그와 같은 고온을 견딜 필요가 없는 저렴한 재료로 분리기를 제조할 수 있도록 한다. 대안적으로, 터보차저 이전 또는 이후에서 유도된 배기 가스가 부스트 가스로서 사용될 수 있다. 상기 부스트 가스의 압력은 통상적으로 1 Bar 내지 4 Bar이다.

상기 부스트 가스는 노즐(52)을 통과하며, 이는 부스트 가스를 가속한다(그리고 결과적으로 감압을 유발한다). 상기 노즐(52)은 수렴 노즐로서 형성된다. 특히, 상기 노즐은 당업계에 잘 알려져 있는 드-라발(de-Lavaal) 노즐과 같은 수렴-발산 노즐일 수 있다. 제한된 중앙부를 가진 임의의 노즐을 포함하여, 다른 적당한 노즐 형상들이 공지되어 있다. 상기 부스트 가스는 고속으로, 예컨대, 100 내지 500 m/s로 가속되며, 상기 부스트 가스는 적어도 노즐(52)의 영역에서 통상적으로 마하 1을 초과한다. 수렴 노즐은 유리하게 부스트 가스를 매우 고속으로 가속하며, 이는 결국 블로-바이 가스를 혼입하여 상기 블로-바이 가스를 고속으로 가속한다. 상기 노즐은 블로-바이 가스를 견인하기 위해 감압 영역을 발생시키도록 배열된다.

그 결과로서 생긴 고속 부스트 가스 제트가 챔버(54) 속으로 이동한다. 고속 부스트 가스 제트는 노즐(52) 부근의 챔버(54) 내부에 감압 영역을 유발한다. 압력은 외부의 대기압에 비해 최대 150 mBar만큼 감소된다. 이러한 감압은 정화된 블로-바이 가스가 대체로 화살표(56)의 경로를 따라 분리기(10)로부터 챔버(54)로 견인될 수 있도록 한다. 조절기(8)로부터 분리기(10)를 통과하는 블로 바이 가스의 통로가 이하에 개시되어 있다. 블로-바이 가스는 챔버(54)속으로 흡인된다. 상기 블로-바이 가스 흐름은 부스트 가스에 의해 혼입 및 가속되며, 즉, 부스트 가스와 혼합되어 부스트 가스의 속도에 가깝게 가속된다.

상기 부스트 가스 노즐(52)과 환형 블로-바이 가스 입구(54)는 당업계에 알려진 바와 같이 일반적으로 제트 펌프의 형태로 구성된다. 혼합된 가스 스트림은 확산기 튜브(110)로 이동한다. 블로-바이 가스의 만족스러운 혼입과 가속을 구현하기 위해, 바람직하게, 상기 확산기 튜브(110)의 직경은 부스트 가스 노즐(52)의 임계 직경(통상적으로, 최소 직경) 보다 2 내지 5배 더 크거나, 바람직하게 3 내지 4배 더 커야한다. 상기 임계 직경(다르게는, 노즐의 목부로 칭함)의 위치는 노즐 설계 분야에 공지된 바와 같이 공기역학적 효과로 인해 노즐의 가장 좁은 지점으로부터 변할 수 있다.

상기 확산기 튜브는 일반적으로 실린더로 형성되지만, 측벽들은 그 길이 전체가 필수적으로 직선이 아니다. 상기 측벽들은 노즐(52)로부터 멀리 떨어진 튜브의 단부를 향하여 외측으로 테이퍼질 수 있다. 이러한 테이퍼링은 흐름 방향 제어와 혼합된 가스 흐름의 혼합을 돕는다.

오염된 블로-바이 가스는 크랭크케이스 압력의 제어를 가능하게 하는 분리기를 통해 크랭크케이스로부터 능동적으로 견인된다. 통상적으로, 크랭크케이스 내부의 압력은 외부의 대기압에 비해 ±50 mBar 이내로 제어되며, 대기압에 대한 압력차는 전술한 바와 같이 조절기(8)에 의해 제어된다. 챔버(32) 내의 크랭크케이스 압력으로부터 챔버(54) 내의 저압으로의 압력 강하는 하기된 바와 같이 분리기(10) 내부에서 더 효율적인 분리를 가능하게 한다.

본 명세서에 개시된 펌프의 주요 형태가 도 2에 도시된 바와 같이 제트 펌프이긴 하지만, 분리기(10) 전체에서 요구된 압력 강하를 구현하기 위해 다른 공지의 형태의 펌프가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 펌프(12)에 의해 발생된 분리기(10) 전체에서의 압력 강하는 과도하게 높은 크랭크케이스 압력을 유발하지 않고 분리기(10)의 높은 압력차를 극복한다. 즉, 펌프(12)에 의해 유발되는 감압 때문에, 블로-바이 가스가 더 효과적인 분리를 유발하는 더 작은 충돌 갭을 통해 견인될 수 있다.

블로-바이 가스가 조절기(8)를 통해 챔버(34) 속으로 이동한 후, 상기 가스는 대체로 화살표(62)로 표시된 경로를 따라 분리기 입구 튜브(60) 속으로 견인된다. 그 다음, 상기 블로-바이 가스는, 다이어프램(64)에 의해 그 상단이 부분적으로 폐쇄되는 분리기 입구 튜브(60)를 통해 상방향으로 이동한다. 그 다음, 상기 블로-바이 가스는 하나 이상의 슬롯(66)을 통과하며, 환형 충돌 표면(68)에 입사된다. 충돌 표면(68)에서 블로-바이 가스로부터 분리된 오일과 다른 오염물질은 중력하에서 상기 분리기 입구 튜브(60)를 둘러싼 오일 섬프(70)로 흐르고, 그 다음 체크 밸브(72)를 통해 오일 드레인(28)으로 흐른다. 아울러, 조절기(8) 내부에서 블로-바이 가스로부터 이미 분리된 오일도 오일 섬프(70)로 흐를 수 있다. 드레인(28)으로부터의 오일은 크랭크케이스로 복귀된다.

상기 분리기(10)는, 도 3을 참조하여 이제 설명하는 바와 같이 분리 효율을 증대시키기 위해 블로-바이 가스 입구 압력과 출구 압력 간의 차이에 응답하도록 의도되었기 때문에, 가변식 임팩터 분리기인 것으로 생각할 수 있다.

오염된 엔진 크랭크케이스 블로-바이 가스는 화살표(62)의 경로를 따라 분리기 입구 튜브(60)로 진입한다. 상기 입구 튜브(60)의 상단은 다이어프램(64)에 의해 환형 충돌 챔버(80)로부터 분리된다. 다이어프램(64)은 튜브(60)의 상단과 함께 방사상 시일을 형성할 수 있거나, 상기 다이어프램은 튜브(60)와 절대 완전히 접촉하지 않도록 배열될 수 있다. 또한, 다이어프램(64)은 챔버(82)로부터 튜브(60)의 내부를 분리한다. 챔버(82)는 CCV 시스템의 외부에 연결된 공기 입구(미도시)에 의해 대기압으로 유지된다. 튜브(60)의 내부는 엔진 크랭크케이스와 실질적으로 동일한 압력이며, 조절기(8) 전체에서 임의의 압력차를 허용한다.

블로-바이 가스는 튜브의 상단에서 개방된 하나 이상의 수직 슬롯(66)을 통해 충돌 챔버(80) 속으로 이동한다. 슬롯(66)의 형태는 도 4의 사시도를 통해 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 슬롯(66)의 크기와 개수는 가변식 임팩터 분리기 시스템 전체에서 최소 차동 압력 강하를 결정한다. 이러한 압력 강하는 CCV 시스템의 분리 효율에 직접적으로 관련된다. 180°회전에서의 방사상 가속으로 인한 오일 미립자들의 충돌과 분리는 다이어프램 면과 충돌 표면(68) 모두에서 이루어진다. 상기 충돌 표면은, 경유 매체로서 작용하기보다는, 외벽 상에서 오일 입도의 반발 계수를 향상시키기 위해 슬롯(66)과 반대되는 물질로 덮일 수 있다. 상기 충돌 표면을 덮는 매체는 오염물질의 재혼입을 저감시키는 역할을 한다. 상기 충돌 표면(68)에서 블로-바이 가스로부터 분리된 오일은 중력하에서 오일 섬프(70)로 흐르고, 궁극적으로, 전술한 바와 같이 오일 드레인(28)으로 흐른다.

충돌 챔버(80)의 하류에 연결된 제트 펌프(12)는 가변식 임팩터 분리기의 압력 강하를 극복하기 위해 사용된다. 따라서, 구현가능한 분리 성능은 종래의 비전동식 임팩터 시스템에 의한 바와 같이 더 이상 제한되지 않는다. 그와 동시에, 대기압에 가까운 수용할 수 있는 크랭크케이스 압력이 유지될 수 있다.

다양한 엔진 부하, 속도 또는 엔진 제동 조건 하에서, 제트 펌프(12)에 의해 발생되는 진공과 분리기(10)를 통과하는 블로-바이 가스에 부피는 변한다. 제트 펌프(12)에 의해 발생되는 가변적인 진공 조건에 따라 수용할 수 있는 크랭크케이스 압력을 유지하기 위해, 상기 다이어프램(64)은 슬롯(66)의 개방된 단부들 위에서 다이어프램(64)과 튜브(60)의 상부 사이의 갭을 개폐하도록 허용된다. 다이어프램 상의 임의의 순 정압으로 인해 다이어프램이 튜브(60)의 단부 위에서 환형 갭을 넓히거나 생성하며 개방되도록, 상기 챔버(82)는 대기압으로 유지되며, 이는 분리기(10) 전체에서의 압력 강하를 저감시킨다. 상기 제트 펌프에 의해 순 진공이 발생되자마자, 상기 다이어프램이 완전히 폐쇄되어(이는 전술한 바와 같이 다이어프램(64)이 튜브의 상부에 접촉하는 결과를 초래하거나, 갭이 얻어질 수 있다), 분리기(10)가 최대 분리 효율로 작동하도록 보장한다. 조절 스프링(84)의 사양에 따라 크랭크케이스 압력이 정밀하게 조절될 수 있고, 분리기(10)의 압력차가 조절된다. 스프링(84)은 다이어프램(64)과 튜브(60) 내부의 지지체(86)들 사이에서 연장되고, 그에 중앙부(88)에서 부착된다. 아울러, 정압들을 제어하기 위해 다이어프램(64)의 반대측에 작용하도록 챔버(82) 내에 제 2 조절 스프링이 제공될 수 있다.

도 2 내지 도 4에 따라 전술한 CCV 시스템은 임팩터 분리기(10)와 크랭크케이스 압력을 제어하도록 배열된 압력 조절기(8)를 포함한다. 본 발명에 따른 개선예에서, 상기 분리기(10)는 블로-바이 가스 압력과 대기압 간의 압력차에 따라 개방된 단면적에 적절한 변경을 제공하도록 형상화되는 하나 이상의 슬롯(66)을 구비할 수 있으며, 상기 적절한 변경은 상기 슬롯이 특별히 선택된 단면적을 갖도록 함으로써 구현된다. 이는 압력 조절기(8)에 부가하여 또는 상기 압력 조절기를 완전히 대체하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 본 실시예에 따른 분리기(10)가 도 5에 도시되어 있다.

도 5는 임팩터 분리기 내부에 펌프-서지 방지 조절기의 기능을 통합한 분리기(10)를 도시하고 있다. 다이어프램(64)은 크랭크케이스 압력을 조절하고 펌프 서지 현상을 제어하기 위해 가변적인 슬롯 프로파일의 개구를 정밀하게 조절하기 위해 사용되는 롤링 다이어프램을 포함한다. 구체적으로, 상기 다이어프램(64)은 조절기 스프링(84)에 커플링되도록 배열된 중앙부(100)를 포함한다. 도 3의 실시예에서와 같이, 대기 기준 챔버(80) 내부에 제 2 조절기 스프링이 있을 수 있다. 상기 다이어프램(64)은, 대안적으로, "롤링 회선부(rolling convolute)"라 칭하는 환형 롤링부(102)를 더 포함하며, 이는 중앙부(100)가 상하로 움직일 때 슬롯(66)을 점진적으로 덮거나 덮지 않는다.

상기 롤링 다이어프램(64)은 펌프(12)로부터 이용가능한 진공압에 따라 임팩터 분리기(10)의 성능을 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 이용가능한 진공이 증가하면, 다이어프램(12)이 폐쇄됨에 따라, 분리기에 대한 입구 압력에 의해 대기압이 평형을 이룰 때까지, 임팩터(10) 전체에서의 속도, 분리 성능 및 압력차를 증대시키게 된다. 일반적으로, 슬롯(66)은 도시된 바와 같이 휘어진 테이퍼형 슬롯을 포함한다. 다이어프램(64)을 향하여, 슬롯(66)이 현격히 넓어짐으로써, 펌프(12)로부터 이용가능한 진공이 감소하는 경우 다량의 블로-바이 가스 흐름을 제공하며, 이에 따라 수용할 수 없을 정도로 크랭크케이스 압력이 상승하는 것을 방지한다.

도 6은 대체로 폐쇄된 위치의 다이어프램(64)을 도시하고 있으나, 다이어프램이 더 하방으로 이동할 수 있음을 이해할 것이다. 오직 슬롯의 바닥의 좁은 부분만이 노출되며, 가스가 통하여 흐르는데 이용가능하다. 도 7에서, 다이어프램(64)은 대체로 개방된 위치에 있으나, 다이어프램이 더 상방으로 이동할 수 있음을 이해할 것이다. 더 넓은 상부를 포함하여 슬롯의 더 많은 비율이 노출되며, 가스가 통하여 흐르는데 이용가능하다. 완전히 덮이지 않았을 때, 슬롯(66)은 대체로 만화의 말풍선처럼 보일 수 있다. 슬롯(66)의 좁은 부분은 펌프-서지 현상에 대응하기 위해 필요한 정밀한 압력 제어 기능을 발생시키기 위해 의도된 것이다. 다이어프램(64)이 폐쇄될 때, 최소 개방 영역은 이용가능한 펌프 진공에 대한 최적의 임팩터 성능과 분리기(10) 전체에서 높은 압력차를 제공한다. 슬롯(66)의 큰 상부 영역은 마모된 엔진에서 또는 엔진 브레이킹시 경험할 수 있는 것과 같은 고 유동 조건하에서 크랭크케이스 압력을 조절하기 위해 매칭되었다. 상기 다이어프램은 그 최대 하방 이동 범위에서 슬롯(66)을 완전히 덮거나, 슬롯의 적어도 일부가 개방된 채로 남아 있게 보장하도록 배열될 수 있다. 상기 또는 각각의 스프링의 응답 조절과, 블로-바이 가스에 의해 영향을 받는 다이어프램(64)의 제 1 및 제 2 면들의 상대적 크기 조절, 대기 가스 압력과 펌프 진공이 다이어프램(64)의 이동 범위와 속도를 조절하기 위해 사용될 수 있다.

슬롯(66)은 가변식 섹션 임팩터 슬롯을 포함한다. 다이어프램이 이동할 때 다이어프램에 의해 노출되는 슬롯(66)의 변화하는 크기는 블로-바이 가스 스트림으로부터의 미립자 분리와 크랭크케이스 압력의 조절 면에서 모두 유리하다. 블로-바이 가스 스트림은 동일한 속도로 이동하지만 그들의 서로 다른 크기와 질량으로 인하여 서로 다른 모멘텀(momentum)을 가진 입도 범위를 포함한다. 높은 모멘텀을 가진 무거운 미립자는 슬롯의 더 넓은 부분을 통해 튜브의 상부를 향하여 빠져나간다. 더 가벼운 미립자는 슬롯의 더 낮은 부분으로 튜브를 빠져나간다. 슬롯은 바닥이 더 작기 때문에, 더 가벼운 미립자들이 더 고속으로 가속됨으로써 그들의 모멘텀을 증대시킨다. 유리하게, 이는 크고 작은 미립자들 간의 모멘텀 차이를 감소시킴으로써, (크랭크케이스 압력 상승을 유발할 수 있는)개구 크기를 제한하지 않고 크고 작은 미립자들 간의 분리 효율에서의 차이를 감소시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기 가변식 섹션 임팩터 슬롯은 분리기 전체에서의 압력 제어를 향상시킨다. 다이어프램이 상승할 때, 슬롯의 넓은 상부가 노출되며, 이는 큰 개구 크기가 고체적의 블로-바이 조건을 수용할 수 있으면서도 분리기 전체에서 압력차(및 그에 따른 블로-바이 가스의 입구 압력과 크랭크케이스 압력)를 수용할 수 있는 한계 이내로 유지할 수 있도록 한다. 상기 다이어프램이 하강할 때, 슬롯 하부의 감소된 개방 영역은 분리기 전체에서 압력차를 증대시키며, 이에 따라 (대기압에 대한) 크랭크케이스에서의 부압 발생을 방지한다. 상기 개구의 변화하는 단면적은 다이어프램의 선형 이동에 대해 비선형적인 압력차 응답을 제공하며, 이는 분리기 전체에서 개선되고 제어가능한 압력차의 조절을 가능하게 한다. 압력차의 개선은 본 발명의 특정 실시예들에서 CCV 시스템의 블로-바이 가스 입구에 있는 별도의 압력 조절기를 생략할 수 있도록 한다.

다이어프램(64)은 슬롯(66)을 통한 블로-바이 가스의 흐름을 제어하도록 배열된 액추에이터를 포함한다. 슬롯(66)은 관형 벽체(60)에 절삭된다. 관형 구조물(60)과 함께 상기 슬롯(66)은 블로-바이 가스가 통해 흐를 수 있는 개방 영역을 규정한다. 상기 슬롯(66)의 형상은 당해 슬롯 전체에서의 압력차가 펌프에 의해 발생되는 유량과 진동 특성에 적합하게 보장하도록 배열된다. 슬롯(66)의 형상을 제어함으로써, 펌프 진공, 대기압 및 크랭크케이스 압력 및 다이어프램이 이동하는 대응하는 거리에서의 임의의 변화 사이의 선형적 또는 비선형적 관계가 구현될 수 있다. 더 구체적으로, 슬롯(66)의 형상은, 일정한 속도의 다이어프램(64)의 이동이 슬롯의 개방 영역에서 비선형적인 응답을 유발하도록, 선택될 수 있다. 실질적으로, 펌프로부터 주어진 입력에 응답하여 다이어프램(64)에 의해 임의의 폐쇄형 루프 제어 기능이 발생될 수 있다. 종래의 분리기 및 조절기 배열체 보다 더 정확한 크랭크케이스 압력 조절이 구현될 수 있다. 더욱이, 크랭크케이스 압력의 조절이 분리기와 조합되기 때문에, 추가적인 압력 조절기를 제공할 필요가 없다. 또한, 블로-바이 가스의 흐름을 정확하게 제어함으로써 분리 효율이 증대된다.

도 5의 슬롯(66)에 있어서, 다이어프램(64)이 하방으로 이동할 때, 슬롯의 개방 영역의 감소율이 증가함을 알 수 있다. 이는 슬롯(66)이 그 폐쇄 단부를 향하여 테이퍼져 있기 때문이다. 개방 영역이 절대로 완전히 폐쇄되지 않도록 보장하기 위해 다이어프램(64)의 이동이 제한될 수 있다.

원하는 폐쇄형 루프 제어 기능을 구현하기 위해 슬롯(66)의 형상이 매우 현격하게 변할 수 있음을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 개방 영역의 완전 폐쇄를 방지하기 위해, 슬롯은 일정한 폭으로 또는 처음에는 테이퍼지다가 확대된 부분에서 종료하도록 그 폐쇄 단부를 향하여 넓어질 수 있다. 또한, 서로 다른 크기와 형상의 다수의 슬롯이 관형 벽체 주위에 제공될 수 있다. 슬롯을 덮거나 덮지 않는 다이어프램(64)의 이동 방법이 변할 수 있음이 명백할 것이며, 롤링 선회부에 대안이 당업자에게는 명백할 것이고, 이는 첨부된 특허청구범위의 특정 범위에 속한다. 첨부된 특허청구범위는, 하나 이상의 슬롯에 의해 제 1 챔버와 제 2 챔버가 커플링되고, 상기 또는 각각의 슬롯의 크기가 다이어프램의 위치 또는 외부 압력 기준과 제 1 및/또는 제 2 챔버들 내의 가스 간의 압력차에 따라 그 위치를 조절하는 다른 이동가능한 액추에이터에 따라 변하도록 배열된 조절기를 포함한 임의의 가변식 분리기를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 가변식 분리기들이 CCV 시스템의 일부로서 사용되는 것으로 본 명세서에 주로 개시되어 있다. 그러나, 이들이 더 폭넓게 응응가능하다는 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 더 일반적으로, 그러한 분리기는 유체 스트림으로부터 오염물질의 필터링이 필수적이며, 외부 압력과 관련하여, 제 1 챔버와 제 2 챔버 사이에서 유체의 압력 강하를 조절하는 것이 바람직한 임의의 응용분야에 사용될 수 있다. 전형적으로, 상기 유체는 가스일 것이다. 본 발명에 따른 분리기들은 전술한 펌프 서지 효과와 압력 헌팅을 완화하거나 제거하기 위해 펌프식 시스템에서 특히 유용하다.

본 발명의 전술한 실시예들에 따른 분리기들은 0.3㎛ 이상인 미립자들에 대하여 95 내지 98% 범위의 중량 분리 효율을 제공하는 것으로 관찰되었다. 더 작은 미립자들도 효과적으로 필터링될 수 있음이 가능하다.

폐쇄형 루프 시스템에서 블로-바이 가스로부터 오염물질을 필터링하도록 된 본 발명의 실시예들은 통상적으로 50 내지 800 ℓ/min인 블로-바이 가스 흐름으로 작동한다. 엔진의 터보차저로부터 유도되는 부스트 가스를 사용하는 경우, 노즐(52)을 통한 부스트 가스의 흐름은 엔진 성능에 대해 무시할 수 있을 정도의 영향을 미치도록 통상적으로 전체 엔진 가스 흐름의 1% 미만을 포함한다.

전술한 CCV 시스템이 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 부스트 가스가 자동차 배기가스로부터 유도될 수 있다. 정화된 블로-바이 가스가 배기 가스들과 함께 혼합되도록 마찬가지로 전달될 수 있다. 분리된 오일은 별도로 저장되고 크랭크케이스로 복귀되지 않을 수 있다. 다른 가능한 구성이 당업자에게는 용이하게 이해될 것이다.

분리기는 통상적으로 고분자 물질로, 예컨대, 유리 충전 나일론으로 제조될 수 있다. 다른 구조들과 물질들이 당업자에게는 용이하게 이해될 것이다. 예컨대, 상기 펌프 노즐은 소결되거나 금속 사출 성형된 부분으로 제조될 수 있다. 클립, 볼트, 접착제 또는 용접과 같이 당업자에게 잘 알려진 적절한 고정 기술을 이용하여 분리기의 여러 부분들이 함께 결합될 수 있다. O링과 같은 시일이 분리기로부터의 누설을 방지하기 위해 제공될 수 있다.

전술한 본 발명의 특정 실시예들은 왕복 엔진 내부의 블로-바이 가스 스트림으로부터 미립자 및 액체 에어로졸 오염물질을 분리하기 위해 개시된 분리기의 사용과 주로 관련되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 실제로, 상기 분리기는 다른 형태의 내연 기관으로부터 유도된 가스 스트림으로부터 오염물질을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 더 일반적으로, 본 발명은 압축 공기 라인과 같은 임의의 가스 스트림으로부터 오염물질을 분리하기 위해, 공작 기계의 가스 스트림으로부터 절삭 유체를 분리하기 위해, 그리고 산업용 공기 압축기에서 오일 미스트를 분리하기 위해 응용될 수 있다. 더 일반적으로, 본 발명은 임의의 유체 스트림으로부터 오염물질을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 이는 액체 스트림에도 적용될 수 있다. 상기 분리기는 내연 기관 내부에서 오일 또는 오일 공급기로부터 오염물질을 분리하기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 상기 분리기는 정화된 유체 스트림이 대기로 환기되는 개방형 루프 시스템 또는 정화된 유체 스트림이 재사용되는 폐쇄형 루프 시스템 모두에서 사용될 수 있다.

상기 부스트 가스는, 예컨대, 배기가스, 터보차저 또는 엔진 흡기 매니폴드로부터의 압축 가스, 자동차 제동 시스템으로부터의 압축 가스 또는 다른 소스와 같은 임의의 가압 가스 소스로부터 유도될 수 있다.

상기 분리기는 자립형 장치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 이는 용이하게 다른 엔진 부품들, 예컨대, 엔진 밸브 커버, 타이밍 커버, 크랭크케이스, 실린더 헤드, 엔진 블럭 또는 터보차저에 일체화될 수 있다. 상기 분리기는 엔진에 직접 장착되거나 엔진으로부터 멀리 떨어져 장착될 수 있다.

첨부된 특허청구범위를 벗어나지 않는 본 발명의 다른 변형들과 응용들을 당업자는 용이하게 알 수 있을 것이다.

Claims

유체 스트림으로부터 오염 물질을 분리하기 위한 분리기이며,
제1 챔버를 형성하고, 제1 단부에서 혼입된 오염 물질을 포함하는 제1 유체 스트림을 수용하도록 배열된 내부 튜브와,
제1 챔버를 둘러싸는 환형 제2 챔버를 형성하고 제1 유체 스트림이 개구를 통해 제2 챔버로 통과할 수 있도록 내부 튜브의 벽체 내의 개구를 통해 제1 챔버에 결합되는 외부 튜브와,
내부 튜브의 제2 단부를 폐쇄하는 다이어프램에 의해 제1 및 제2 챔버로부터 분리되는 제3 챔버로서, 제3 챔버 내의 기준 가스 압력을 유지하기 위해 가스 입구를 구비하는 제3 챔버와,
상기 제 1 유체 스트림으로부터 오염 물질이 분리되도록, 상기 제 1 유체 스트림이 상기 제 2 챔버로 진입한 후 상기 제 1 유체 스트림을 편향시키도록 배열되어 상기 제 2 챔버에 커플링된 충돌 표면; 및
상기 개구를 통해 상기 제 1 유체 스트림을 견인하기 위해 상기 개구 전체에 압력차를 발생시키도록 배열된 펌프를 포함하며,
다이어프램은 제3 챔버 내의 유체 압력과 제1 챔버 내의 유체 압력 사이의 압력차에 따라 개구의 개방 영역을 조절하도록 내부 튜브의 벽체와 그 내부의 개구를 점진적으로 덮고 덮지 않도록 튜브의 종축을 따라 이동하도록 배열됨으로써, 다이어프램은 개구의 개방 영역을 증가시킴으로써 증가하는 내부 압력에 응답하고, 다이어프램은 개구의 개방 영역을 감소시킴으로써 가용 펌프 진공의 증가에 응답하여 기준 가스 압력에 대한 사전결정된 한계 이내에서 제1 챔버내의 유체 압력을 유지하고 분리기의 분리 효율을 증가시키는 분리기.
제1항에 있어서, 개구의 형상은 개구의 개방 영역의 변화율이 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 압력차의 변화에 대해 비선형적 응답을 갖도록 선택되는 분리기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 개구는 튜브 벽체를 통한 슬롯을 포함하고, 다이어프램은 다이어프램이 이동함에 따라 개구의 개방 영역을 변경하도록 점진적으로 슬롯을 덮고 덮지 않도록 배열되는 가요부를 포함하는 분리기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 세정된 유체 스트림이 분리기를 벗어날 수 있게 하는 유체 출구와 분리기로부터 액체 오염 물질이 배액될 수 있게 하도록 배열된 드레인을 더 포함하는 분리기.
제1항에 있어서, 펌프는 제4 챔버를 포함하고, 제4 챔버는 제2 유체 스트림을 제4 챔버 내로 수용하기 위한 제1 입구와 충돌 표면의 하류에서 제1 유체 스트림을 수용하기 위한 제2 입구를 구비하며, 제1 입구는 제2 유체 스트림을 가속시키기 위한 수렴 노즐을 포함하고, 제2 입구는 제2 유체 스트림이 제1 유체 스트림을 혼입 및 가속할 수 있도록 제1 입구에 대해 배열되는 분리기.
제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 챔버는 제3 챔버가 대기압으로 존재하게 하는 공기 입구를 구비하는 분리기.
제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 튜브의 벽체 내의 개구는 상기 벽체 내에 하나 이상의 슬롯을 포함하고, 슬롯 또는 슬롯들의 유효 크기는 다이어프램의 위치에 따라 변하는 분리기.
크랭크케이스 환기 시스템이며,
크랭크케이스로부터 블로-바이 가스를 수용하도록 배열된 가스 입구;
제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 분리기로서, 제1 챔버가 가스 입구에 커플링된, 분리기; 및
제 2 챔버에 커플링된 가스 출구를 포함하고,
상기 가스 출구는 엔진 공기 입구 시스템에 커플링되거나 주변 환경으로 가스들을 방출하도록 배열된,
크랭크케이스 환기 시스템.
제8항에 따른 크랭크케이스 환기 시스템을 포함하는 내연 기관이며, 펌프는 제4 챔버를 포함하고, 제4 챔버는 제2 유체 스트림을 제4 챔버 내로 수용하기 위한 제1 입구와 충돌 표면의 하류에서 제1 유체 스트림을 수용하기 위한 제2 입구를 구비하며, 제1 입구는 제2 유체 스트림을 가속시키기 위한 수렴 노즐을 포함하고, 제2 입구는 제2 유체 스트림이 제1 유체 스트림을 혼입 및 가속할 수 있도록 제1 입구에 대해 배열되며, 제1 입구는 과급기로부터 얻어진 가압된 가스 스트림을 수용하도록 배열되고, 분리기는 블로 바이 가스로부터 크랭크케이스 오일을 분리시키도록 동작할 수 있으며, 분리기 드레인은 분리된 크랭크케이스 오일을 크랭크케이스로 복귀시키도록 배열되는 내연 기관.
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