KR20110016883A - 내연기관용 오일 분리기 - Google Patents

내연기관용 오일 분리기 Download PDF

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KR20110016883A
KR20110016883A KR1020107025327A KR20107025327A KR20110016883A KR 20110016883 A KR20110016883 A KR 20110016883A KR 1020107025327 A KR1020107025327 A KR 1020107025327A KR 20107025327 A KR20107025327 A KR 20107025327A KR 20110016883 A KR20110016883 A KR 20110016883A
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chamber
gas
opening
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허르베 마르티넹고
파스칼 궤리
안토니 놀레보
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엠제이 꾸띠에
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M13/00—Crankcase ventilating or breathing
    • F01M2013/0038—Layout of crankcase breathing systems
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Abstract

본 발명은, 내연기관의 크랭크케이스로부터 나오는 가스로부터 오일을 적어도 부분적으로 분리시키기 위한 내연기관용 오일 분리기(1)에 있어서, 케이싱(10)을 포함하며, 상기 케이싱(10)은 그 내부에, 오일 함유 가스를 위한 입구 챔버(2), 세척된 가스를 위한 출구 챔버(3), 하나 이상의 중간 흡입 챔버(41, 42, 43), 및 분리된 오일을 상기 기관으로 복귀시키기 위한 개구(50)를 가진 오일 회수 챔버(5)를 포함하는, 분리기에 관한 것이다. 상기 오일 회수 챔버(5)와 상기 출구 챔버(3) 사이의 연통 인터페이스(53)는, 상기 출구 챔버(3)와 상기 오일 회수 챔버(5) 각각의 압력이 상기 분리기(1) 내의 가스의 유량과 무관하게 상기 분리기의 사용 동안에 실질적으로 동일하게 되도록 하는 크기(LI)를 가진다.

Description

내연기관용 오일 분리기{OIL SEPARATOR FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연기관의 크랭크케이스로부터 나오는 가스로부터 오일을 적어도 부분적으로 분리하기 위해 제공되는 내연기관용 오일 분리기에 관한 것이다.
본 발명은 특히, 케이싱을 포함하며,
상기 케이싱은 그 내부에,
- 오일 함유 가스를 위한 입구 챔버,
- 세척된 가스를 위한 출구 챔버,
- 가스의 상기 입구 챔버와 상기 출구 챔버 사이에 위치되어 있으며, 가스의 상기 입구 챔버와 상기 출구 챔버 사이의 순환 통로 상에 위치된 오일 포착 수단에 의해 경계지어져 있는 하나 이상의 중간 흡입 챔버, 및
- 분리된 오일을 상기 기관으로 복귀시키기 위한 개구를 가진 오일 회수 챔버
를 포함하며,
상기 개구는 상기 분리기의 하부 부분에 위치되어 있고,
상기 오일 회수 챔버는 상기 중간 흡입 챔버에 인접하여 있으며,
상기 중간 흡입 챔버는 모두 또는 각각 연통 수단을 통해 상기 오일 회수 챔버와 연통하고 있고,
상기 오일 회수 챔버는 한편으로는 연통 수단을 통해 가스 흡기 챔버인 상기 입구 챔버와 연통하며, 다른 한편으로는 상기 출구 챔버와 상기 오일 회수 챔버 사이의 연통 인터페이스를 통해 상기 출구 챔버와 연통하는,
분리기에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 문제, 즉, 예를 들면 특히 차량에 장착하기 위한 가솔린 기관 또는 디젤 기관 유형의 내연기관 내의 오일-함유 크랭크케이스 가스의 로딩(loading)을 개략적으로 도시하고 있다.
도 1은, 실린더(904) 내에 미끄럼 가능하게 장착된 피스톤(903)과 연결 로드(902)를 거쳐 협동하는 크랭크샤프트(901)를 포함하는 크랭크케이스(900)를 포함하는 종래의 내연기관의 일부분의 수직 단면도를 개략적으로 도시하고 있다. 크랭크샤프트(901)는 크랭크케이스(900) 내에 층 형태로 퍼져 있는 윤활유(H)에 의해 윤활된다. 크랭크케이스(900) 내에 살포 방지 플레이트(905)도 구비될 수 있다.
실린더 헤드(911) 내에 장착된 캠샤프트(910)는, 도시되지 않은 밸브, 및 크랭크케이스(900)와 실린더 헤드(911)를 연결하는 하나 이상의 샤프트(912)를 작동시키기 위해 구비된다. 도 2에 도시되어 있듯이, 노즐(913)은, 윤활유(H)를 캠샤프트(910)에 특히 캠샤프트(910)의 베어링(914)에 분사하기 위해 실린더 헤드(911) 내에 구비될 수 있다.
크랭크케이스 가스의 순환 흐름은, 크랭크케이스(900), 샤프트(912), 및 실린더 헤드(911) 내에서 볼 수 있는 화살표에 의해 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 기관(M)이 작동될 때, 각각의 실린더(904)의 연소 가스 및 압축 가스는 실린더로부터 크랭크케이스(900)를 향해 통과되며, 피스톤(903)의 세그먼트는 가스를 완전히 정지시키지 못 한다. 이들 가스는 주로 공기, 연료, 소량의 배기 가스, 증기 및 윤활유의 혼합물로 형성된다. 이들 가스는, 크랭크케이스(900)로부터 퇴출되어, 실린더(904)에 의해 경계지어진 연소실 내로 재도입된다.
한 가지 공지되어 있는 실시예에서, 가스를 크랭크케이스(900)로부터 퇴출시키고 흡기 라인(930) 내로 재분사하기 위해, 크랭크케이스(900)는, 가스가 통과하는 샤프트(912)에 의해 실린더 헤드에 연결되고, 그러면, 가스는, 실린더 헤드(911)를 통해 크랭크케이스(900)로부터 나오는 가스로부터 오일을 분리하도록 구비되며 압축 공기 필터라고도 지칭되는 오일 분리기(920) 내에 수용된다. 분리기(920)의 출구에서, 세척된 가스는 흡기 라인(930)에 재유입되고, 먼저 체크 밸브(931) 및 버터플라이 밸브(932)를 통과하며, 버터플라이 밸브(932)의 하류에서의 진공이 심할 때 체크 밸브(931)가 폐쇄된다. 따라서, 가스는 분리기(920) 내에서 가스로부터 오일을 분리한 후에 실린더 헤드(911) 내로, 따라서 실린더(904) 내로 되돌려 보내질 수 있다.
분리기(920)는, 가스를 흡기 라인(930) 내로 재분사할 수 있도록 윤활유로부터 가스를 분리시키기 위해, 크랭크케이스 가스의 순환 경로에 삽입되는 내연기관의 필수 부재이다.
실제로, 크랭크케이스 가스는 경로 상의 다음의 여러 가지 다른 지점에서 오일이 포함되는데, 특히,
- 피스톤(903)의 이동으로 인해, 가스가 포함되는 오일이 실린더의 내벽으로부터 떼어내지는, 실린더(904),
- 오일층과 접촉되어 현수된 오일 액적을 형성하는 연결 로드(902),
- 오일을 가스 흐름 내에 분사시키는 크랭크샤프트(901),
- 가스가 흐름 속도의 효과에 의해, 가스를 채우는 오일 입자를 떼어내는, 크랭크케이스(900)의 바닥에 있는 오일층, 및
- 상부 부분이 오일의 하강을 쉽게 하도록 플레어진 또는 둥근 형상으로 디자인되었음에도 불구하고, 떼어내지고 케이싱 가스와 혼합될 가능성이 있는 오일 입자의 축적 영역을 상부 부분이 제공하는, 베어링(914) 또는 샤프트(912)이다.
오일(H)이 크랭크케이스 가스의 순환 영역 내의 임의의 지지부 상에 축적되었을 때, 가스의 속도의 효과에 의해, 축적된 오일은 그 지지부로부터 떨어지고, 따라서 오일의 큰 액적, 제트 또는 파도의 형태로 분리기(920)의 입구에 대량으로 도달할 수 있다.
따라서, 분리기에 도달하는 오일은 주로 다음의 두 가지 위상(phase)을 가질 수 있는데, 즉,
- 오일의 연속적 파도, 대형 액적 또는 제트의 형태의 오일 유입구에 대응하는 액체 오일 위상, 및
- 작은 양, 특히 가스 내에 현수된 소형 액적의 형태의 오일 유입에 대응하는 에어로졸 오일 위상이다.
특히 프랑스 특허출원 FR 2 898 386 및 FR 2 874 646으로부터, 크랭크케이스 가스 내에 현수된 오일 액적을 제거하기에 특히 양호한 분리기를 제공하는 것이 공지되어 있다. 종래기술의 이들 분리기의 두 가지 실시예가 도 3 및 도 4에 수평 단면도로 개략적으로 도시되어 있다.
이들 공지된 분리기는 기다란 형태의 케이싱(810)을 포함하고, 케이싱 내에 다음의 것들이 포함되는데, 즉,
- 오일이 포함된 케이싱 가스를 위한 흡기 챔버(820),
- 세척된 가스를 위한 출구 챔버(830),
- 가스의 입구 챔버(820)와 출구 챔버(830) 사이에 위치되고, 가스 입구 챔버(820)와 가스 출구 챔버(830) 사이의 순환 경로 상에 위치된 장애물 분리기(861, 862, 863)에 의해 경계지어진 3개의 중간 흡입 챔버(851, 852, 853), 및
- 오일 회수 챔버이며,
오일 회수 챔버는 다음의 여러 가지 격실을 포함하는데, 즉,
- 복귀 개구(841)가 분리된 오일이 기관을 향하도록 하기 위해 구비되고, 분리기의 하부 부분에 위치되며, 사이펀(siphon)(842)의 입구를 형성하는, 주 격실(840),
- 가스 입구 챔버(820)와 주 격실(840) 사이에 있는 하나 또는 두 개의 중간 격실(843, 844)이고,
상기 격실(840, 843, 844)은, 주로 복귀 개구(841)를 향해 흐르고 다음에는 사이펀(842)을 향해 흐르는 오일의 통로를 위해, 각각 연통 개구(871, 872, 873)를 통해 연통하는 중간 흡입 챔버(851, 852, 853)에 인접한다.
출구 챔버(830)의 바로 상류에, 상기 주 격실(840)의 진공 개구(881)를 통해 주 오일 회수 격실(840)과 연통하는 벤튜리(880)가 있고, 상기 진공 개구(881)는 분리기의 상부 부분에 위치된다. 따라서, 출구 챔버(830)의 바로 상류에 위치된 중간 흡입 챔버(853)는 벤튜리(880)를 통해 연장되고, 분리기 내에서 주로 중력을 통해 흐르는 오일의 통과를 위한 연통 개구(873)를 통해 주 격실(840)과 연통한다.
입구 챔버(820)는 연통 개구(845)를 통해 제1 중간 격실(843)과 연통한다.
2개의 중간 격실(843, 844)이 구비되는 도 3의 실시예에서, 제1 중간 격실(843)은 연통 개구(846)를 통해 인접 제2 중간 격실(844)과 연통하고, 제2 중간 격실(844)은 연통 개구(847)를 통해 인접 주 격실(840)과 연통한다.
단일 중간 격실(843)이 구비되는 도 4의 실시예에서, 상기 중간 격실(843)은 연통 개구(846)를 통해 인접 주 격실(840)과 연통한다.
사이펀(842)은, 분리기의 바닥, 즉 오일 회수 챔버의 주 격실(840)의 하부 부분에 충분한 오일이 저장되어 있는 것을 확실하게 하며, 그것은, 분리기의 입구에서의 실린더 헤드 내의 압력에 대응하는 압력(P1)의 입구 챔버(820)와, 사이펀(842) 위의 압력(P2)인 주 격실(840) 사이의 압력 강하(ΔP=P1-P2)를 상쇄시키는, 오일 복귀 개구(841)를 통한 세척되지 않은 가스의 유입을 방지한다.
사이펀(842)은 오일을 주 격실(840)로부터, 기관 특히 상기 분리기가 위에 위치되는 실린더 헤드 내부와 연통하는 분리기의 외부로 이동시키는 작용을 하며, 주 격실(840)은 상기 외부 영역에 대해 진공이다. 실린더 헤드와 주 격실(840) 사이의 압력차(ΔP=P1-P2)는, 분리기의 출구 압력과 입구 압력에 대응하고, P2가 P1보다 작은 경우에는 압력(P2)에 대응하는, 압력(P1)의 오일(H)의 2개의 자유 표면들 사이의 레벨차에 대응하는 사이펀(842) 내의 오일 높이(HH)를 판정한다.
따라서, 이러한 압력차(ΔP)는 특히 사이펀(842)의 높이(Hs)에 의해 판정되며, 이러한 높이(Hs)가 높을수록, 압력차(ΔP)는 더 커질 수 있다. 이러한 압력차(ΔP)는 분리기 내의 가스의 속도와 관련되며, 속도가 높을수록, 압력차(ΔP)는 더 중요하게 되고, 오일(H)을 기관을 향해 복귀시키기 위해 사이펀(842)의 높이(Hs)는 더 높아져야 한다.
이러한 유형의 분리기는, 케이싱 가스 내에 존재하는 오일의 전부 또는 일부를 지속적으로 제거하기 위한 것이다. 그러나, 분리기가, 작은 오일 액적을 처리하지 않도록, 즉 가스 내에 존재하는 오일 입자의 소정 사이즈만으로부터 시작하여 오일을 가스로부터 분리시키는 크기를 가지는 경우에, 이러한 유형의 분리기는, 특히 상술한 축적 영역에 이전에 축적된 오일이 달라붙지 않음에 따라 분리기 내에 수용되는 오일의 심각한 넘침에 대응하는 오일의 파도 또는 여러 차례의 연속적 파도가 분리기의 입구에 도달할 때, 더 이상 작동하지 않는다는 것이 알려졌다.
또한, 현재의 기관에서, 기관의 파워를 증가시키면서도 기관의 크기를 감소시키는 경향이 있다. 파워의 증가는 케이싱 가스 유량을 증가시키고, 크기의 감소는 분리기를 위해 사용 가능한 공간을 감소시킨다. 따라서, 분리기에 있어서 문제들 중 하나는 작은 볼륨으로 더 큰 케이싱 가스 다시 말해서 더 큰 가스 유량을 처리할 수 있어야 한다는 것이다.
사용 가능한 공간의 감소는, 기관의 모든 부재들 특히 분배를 위해 사용 가능한 공간에 영향을 미친다. 따라서, 캠샤프트와 캠은 점점 더 분리기의 입구에 가까워지고, 케이싱 가스 속도는 특히 가스의 통로 섹션의 감소 및 유량의 증가로 인해 증가한다. 또한, 이들 부재를 윤활시키는 오일의 양은 증가된다.
이 모든 것의 결과로, 분리기의 입구에서의 대형 액적, 제트 또는 파도 형태의 오일의 분사는 점점 더 중요해진다.
본 출원인은, 분리기의 입구에 도달하는 오일의 대부분은 대형 액적, 제트 또는 파도 형태로 도달하며, 소형 액적의 형태의 오일의 양은 적다는 것을 알았다. 크기에 대해서는, 최대 파워에서 작동하는 낡은 기관을 고려하면, 분리기의 입구에 도달하는 소형 액적 형태의 오일의 유량은 4 g/h 부근이고, 대형 액적, 제트 또는 파도 형태로 도달하는 오일의 유량은 1200 g/h 부근이다.
첫번째 경우에, 대량의 오일이, 예를 들면 도 6에 도시된 오일(H)의 연속적 파도의 형태와 같이, 분리기 내에 불연속적으로 수용될 때, 오일(H)은 연통 개구(845, 871)를 막는 경향이 있다. 오일의 유입되는 파도는 실제로 우선 제1 장애물 분리기(861)에 의해 분리되고, 개구(871)는 그 파도의 가장 큰 부분을 제거하여, 순간적으로 오일 통로를 막을 것이다. 또한, 오일이 개구(845)를 통과할 때, 오일은, 또한 벤튜리(880) 내의 가스의 속도가 증가한다는 사실로 인해, 압력(P2)이 주 격실(840)에서 감소하도록, 순간적으로 상기 개구(845)를 막을 것이다. 동일한 현상이 또한, 다음의 개구 즉 개구(846, 872)에서 발생하고, 다음에는 마지막 개구(873)에서 발생하는며, 마지막 개구(873)에서는 효과가 적은데, 그것은 각각의 장애물 분리기 로우(row)(862, 863) 뒤에 오일의 양이 감소되기 때문이다. 그러한 오일(H)의 파도는, 주 격실(840)에서 압력(P2)이 감소되고, 따라서 압력 강하(ΔP)가 증가되어, 주 격실(840) 내에서 오일 높이(HH)가 증가되고 오일(H)의 레벨이 증가되는 결과를 가져온다.
입구에서 오일(H)의 파도가 자주 발생할 때, 사이펀(842)은 비어 있는 기간을 더 이상 가지지 않는다. 주 격실(840)은 완전히 채워지고, 오일(H)은 주 격실(840)과 벤튜리(880) 사이의 진공 개구(881)를 통과하는 것을 멈춘다. 또한, 연속적 개구(845, 846, 871, 872, 873) 내의 오일(H)의 대량의 연속적 통과로 인해 주 격실(840) 내의 압력의 불안정성이 발생되어, 사이펀(842)의 불안정성이 시작될 수 있다. 실제로, 압력(P2)이 충분히 낮을 때, 사이펀(842)은 배수(drained)될 수 있는데, 즉, 도 7에 도시된 버블(B) 형태의 가스가 사이펀(842)을 통과한다. 따라서, 사이펀(842)을 배수시키거나(draining) 매끄럽게 하면(planing), 주 격실(840) 내의 오일(H)의 자유표면에서 폭발하는 가스 버블이 발생되어, 주 격실(840) 내에서 순환하는 가스에 의해 오일 액적이 흡기 라인 내로 구동될 수 있다.
오일의 연속적 파도가 분리기에 유입될 때 사이펀(842)을 비우는 이러한 현상을 피하기 위해, 간단한 접근 방법을 따라, 개구 특히 가장 상류에 있는 개구(845, 871)를 오일에 의해 막히는 것을 피하기 위해 가능한 한 크게 하는 것이 필요할 것이다.
두번째 경우에, 소량의 오일이 분리기 입구에 도달할 때, 가스의 흐름은 여러 가지 개구(845, 846, 871, 872, 873)에서의 오일의 존재 여부에 의해 그다지 교란되지 않는다.
상기 접근 방법에 의해 제시되고 도 8에 도시된 바와 같이(여기에서는 중간 격실이 없음), 개구(845)가 매우 크다고 가정하면, 이러한 개구(845)는, 분리기의 입구에서의 압력(P1)이 오일 회수 챔버를 형성하는 주 격실(840) 내의 압력(P2)과 같도록, 매우 작은 압력 강하를 발생시킬 것이다. 중간 흡입 챔버(851, 852, 853) 내의 각각의 압력(P11, P12, P13) 및 벤튜리(880) 내의 압력(P8)은 모두 압력(P1)보다 낮을 것이다. 따라서, 개구(871, 872, 873) 내의 가스 순환 흐름은 잘못된 방향으로, 즉 오일 회수 챔버(840)로부터 중간 흡입 챔버를 향할 것이고, 이들 개구(871, 872, 873)를 통해 오일이 흡입되지 않을 것이다.
유사하게, 도 9에 도시된 바와 같이(여기에서도 중간 격실이 없음), 개구(871)가 매우 크다고 가정하면, 이러한 개구(871)는, 제1 중간 흡입 챔버(851) 내의 압력(P11)이 오일 회수 챔버를 형성하는 주 격실(840) 내의 압력(P2)과 같도록, 매우 작은 압력 강하를 발생시킬 것이다. 그 다음의 중간 흡입 챔버(852, 853) 내의 각각의 압력(P12, P13) 및 벤튜리(880) 내의 압력(P8)은 모두 압력(P1)보다 낮을 것이다. 따라서, 개구(872, 873) 내의 가스 순환 흐름은 잘못된 방향으로, 즉 오일 회수 챔버(840)로부터 대응 중간 흡입 챔버(852, 853)를 향할 것이고, 이들 개구(872, 873)를 통해 오일이 흡입되지 않을 것이다.
따라서, 중간 흡입 챔버(851, 852, 853)와 오일을 흡입하는 오일 회수 챔버(840) 사이의 연통을 위해 모든 개구(871, 872, 873)에 대해, 연통 개구(845, 846, 871, 872, 873)를 너무 확장시키지 않는 것이 필요하다. 이상적으로, 이들 개구들이 동일한 흡입 유량을 가지도록, 개구(845)는 개구(871)보다 작고, 개구(871)는 개구(872)보다 작으며, 이런 식이어야 한다. 그러나, 이러한 문제는 특히 사이펀(842)의 높이가 낮을 때 마지막 연통 개구(873)에서 해결하기 어려운데, 그것은 사이펀(842)의 높이가 여러 가지 이유로 제한되기 때문이다.
따라서, 이러한 교시는, 분리기의 입구에서 오일의 파도를 처리하기 위해 크기가 큰 연통 개구를 가지는 것이 필요하다는 것을 나타내는 앞의 교시와 어긋난다.
따라서, 이러한 유형의 분리기는 두 가지 경우를 만족스럽게 처리할 수 없다는 단점을 가지는데, 즉,
- 오일의 연속적 파도, 대형 액적 또는 제트의 형태의 오일 유입에 대응하는 액체 오일 위상, 및
- 소량, 특히 가스 내에 현수된 소형 액적의 형태의 오일 유입에 대응하는 에어로졸 오일 위상이다.
또한, 벤튜리를 형성하는 가스 순환 영역을 좁히는 것은, 플라스틱 재료로 성형함으로써 생산하기에 어렵고 비용이 크며, 또한 예를 들면 분리기에 대한 충격에 대해 견고한 분리기 내의 영역을 발생시킨다는 것에 유의하여야 한다.
본 발명의 목적은, 특히 액체 위상의 오일을 효율적으로 처리할 수 있게 함으로써 상술한 단점의 전부 또는 일부를 제거하는 것이다.
상기 목적을 위해, 본 발명은, 내연기관의 크랭크케이스로부터 나오는 가스로부터 오일을 적어도 부분적으로 분리시키기 위한 내연기관용 오일 분리기에 있어서,
케이싱을 포함하며,
상기 케이싱은 그 내부에,
- 오일 함유 가스를 위한 입구 챔버,
- 세척된 가스를 위한 출구 챔버,
- 가스의 상기 입구 챔버와 상기 출구 챔버 사이에 위치되어 있으며, 가스의 상기 입구 챔버와 상기 출구 챔버 사이의 순환 통로 상에 위치된 오일 포착 수단에 의해 경계지어져 있는 하나 이상의 중간 흡입 챔버, 및
- 분리된 오일을 상기 기관으로 복귀시키기 위한 개구를 가진 오일 회수 챔버
를 포함하며,
상기 개구는 상기 분리기의 하부 부분에 위치되어 있고,
상기 오일 회수 챔버는 상기 중간 흡입 챔버에 인접하여 있으며,
상기 중간 흡입 챔버는 모두 또는 각각 연통 수단을 통해 상기 오일 회수 챔버와 연통하고 있고,
상기 오일 회수 챔버는 한편으로는 연통 수단을 통해 가스 흡기 챔버인 상기 입구 챔버와 연통하며, 다른 한편으로는 상기 출구 챔버와 상기 오일 회수 챔버 사이의 연통 인터페이스를 통해 상기 출구 챔버와 연통하고,
상기 분리기는, 상기 오일 회수 챔버와 상기 출구 챔버 사이의 연통 인터페이스가, 상기 출구 챔버와 상기 오일 회수 챔버 각각의 압력이 상기 분리기 내의 가스의 순환 유량과 무관하게 상기 분리기의 사용 동안에 실질적으로 동일하게 되도록 하는 크기를 가지고 있는 점에서 현저한,
분리기를 제안한다.
따라서, 본 발명은, 벤튜리를 형성하는 가스 순환 영역이 좁아지는 것을 제거하고, 출구 챔버와 오일 회수 챔버 사이의 압력 균형을 확립하는 것을 제안한다.
따라서, 오일의 파도가 연통 개구를 막으면, 오일 복귀 개구 바로 위의 오일 회수 챔버 내의 압력이 변하지 않도록, 출구 챔버와 오일 회수 챔버 내의 압력은 동일하다. 따라서, 오일 회수 챔버 내의 압력은 오일의 파도의 도달 여부와 무관하여, 오일의 연속적 파도가 분리기 내에 압력 불안정성을 발생시키고, 사이펀을 비우는 등 작동 불안정성을 발생시키는 것을 방지한다.
하나의 면모(frature)에 따라, 상기 오일 회수 챔버와 상기 가스 출구 챔버 사이의 상기 연통 인터페이스는, 상기 오일 회수 챔버 내에 축적되는 오일이 상기 연통 인터페이스를 통해 상기 가스 출구 챔버로 통과하는 것을 방지하기 위해, 상기 출구 챔버와 상기 오일 회수 챔버 각각의 바닥들 사이의 레벨 차이와 관련하여 수직 하락(drop) 특히 계단 형태의 형상을 가지고 있다.
하나의 특정한 실시예에서, 분리기는 오일 포착 수단에 의해 서로로부터 분리된 여러 개의 연속적 중간 흡입 챔버를 포함한다.
하나의 특정한 실시예에서, 상기 오일 회수 챔버는,
- 내부에 분리 오일 복귀 개구가 구비되어 있는 주 격실, 및
- 상기 가스 흡기 챔버인 상기 입구 챔버와 상기 주 격실 사이에 위치되어 있는 하나 이상의 상기 중간 격실을 포함하여,
연통 수단을 통해 연통하는 여러 개의 연속하는 격실을 포함하며,
각각의 상기 격실은, 각각의 상기 격실이 상기 연통 수단을 통해 연통하는 하나 이상의 흡입 챔버에 인접하여 있다.
하나의 면모에 따라, 상기 출구 챔버의 바로 상류에 있는 단일의 상기 중간 흡입 챔버 또는 상기 중간 흡입 챔버는, 상기 분리 오일 복귀 개구가 위치되어 있는 상기 분리기의 상기 하부 부분에 대하여 반대쪽에 있는 상기 분리기의 상부 부분에 가스 순환 흐름을 집중시키기 위한 집중 영역을 통해 상기 출구 챔버와 연통하고 있다.
따라서, 주 가스 흐름이라고 지칭되는, 중간 흡입 챔버를 통과하는 가스의 흐름은 오일 회수 챔버 또는 오일 회수 챔버의 주 격실, 및 더욱 구체적으로는 분리 오일 복귀 개구를 막지 않는다. 따라서, 주 가스 흐름은 오일 회수 챔버 또는 주 격실 내의 압력을 교란시키지 않는다.
바람직하게, 상기 집중 영역은, 수평에 대해 경사져 있고, 가스 흐름의 순환 방향에서 상기 분리기의 상기 상부 부분을 향하고 있는 벽의 형상을 가진다.
이러한 경사진 벽은 바람직하게, 상기 출구 챔버의 바닥과 상기 중간 흡입 챔버의 바닥이 동일한 레벨에 있지 않을 때 상기 출구 챔버의 바닥과 상기 중간 흡입 챔버의 바닥 사이의 연결벽을 형성한다.
다른 면모에 따라, 상기 연통 수단의 전부 또는 일부는, 2개의 대응 연통 격실들 또는 챔버들 사이에 구비된 하나 이상의 개구를 포함한다.
이들 연통 수단은, 오일 회수 챔버 또는 오일 회수 챔버의 격실들과 중간 흡입 챔버들 사이의 연통, 및 오일 회수 챔버의 격실들 사이의 연통, 오일 회수 챔버와 가스 입구 챔버 사이의 연통에 관련된다는 것을 이해할 것이다.
하나의 바람직한 실시예에서, 상기 연통 수단의 전부 또는 일부는, 2개의 대응 연통 격실들 또는 챔버들 사이에 구비된 2개 이상의 개구를 포함하며, 상기 개구는, 상기 분리기의 상기 하부 부분에 위치된 상기 개구는 주로 오일의 통로 전용이고, 상기 분리기의 상기 상부 부분에 위치된 상기 개구는 주로 가스의 통로 전용이 되도록, 구별되는 레벨에 위치되어 있다.
따라서, 주로 중력에 의해 흐르며 포착 수단에 의해 회수된 오일은, 하부 부분에 위치되는 개구를 통해 오일 회수 챔버 또는 오일 회수 챔버의 격실들 중 하나로 통과되려는 경향이 있고, 가스는, 상부 부분에 위치되는 개구를 통해 오일 회수 챔버 또는 오일 회수 챔버의 격실들 중 하나로 통과되려는 경향이 있다.
특히, 오일의 파도 또는 대형 연속적 액적 즉 에어로졸 위상이 아닌 액체 위상의 오일은 주로, 분리기의 플로어(floor)에 대응하는 분리기의 하부 부분 내에서 흐르고, 따라서, 주로 하부 부분 내의 개구를 통과하여, 상부 부분에 위치되는 가스 흐름 개구를 차단하는 위험성과 분리기의 작동 불안정성을 발생시키는 위험성을 제한한다.
상부 및 하부는, 중력과 관련되는 수직 방향, 및 차량에 장착되는 분리기의 사용 위치를 참조하여 사용되는 것을 이해하여야 한다. 실제로, 분리는, 중력의 주 작용하에, 여러 가지 구별되는(non-miscible) 위상의 기계적 분리 작동이다.
물론, 상부 및 하부 부분의 개구 형태의 연통 수단의 그러한 디자인은, 엄밀한 의미에서 보호의 주제가 될 수 있다.
바람직하게, 2개의 상기 개구는 2개의 대응하는 상기 격실들 또는 챔버들의 분리벽과 상기 분리기의 상기 케이싱 사이의 자유 공간에 대응하고 있고, 상기 분리벽은 특히 클립핑에 의한 조립을 통해 상기 케이싱 내에 놀이(play)를 갖고 장착되어 있다.
따라서, 오일 회수 챔버의 챔버들 및/또는 격실들을 경계짓는 벽은, 놀이들이 각각 분리기의 하부 및 상부 부분 내의 오일 및 가스를 위한 통로 개구를 형성하도록, 상기 벽들이 각각 놀이를 가지고 분리기 케이싱의 하부 및 상부 부분에 장착되도록, 분리기 케이싱의 높이보다 낮은 높이를 가질 수 있다.
연통 수단의 하나의 특정한 실시예에서, 상기 개구는 모두 또는 각각 직사각형 또는 정사각형이다.
연통 수단의 다른 특정한 실시예에서, 상기 개구는 모두 또는 각각 복수의 구멍, 특히 다각형 구멍, 바람직하게 직사각형 또는 정사각형 구멍의 형상을 가지고 있다.
상술한 바와 같이, 특히 에어로졸 위상의 소량의 오일이 분리기에 유입될 때, 오일 회수 챔버를 향한 제1 연통 수단은, 다음 개구들이 오일을 오일 회수 챔버를 향해 흡입할 수 있도록, 압력 강하를 발생시키기 위해 작게 하는 것에 관심을 가진다. 그러나, 연통 개구는 오일이 가능한 한 용이하게 통과할 수 있게 하여야 하면, 따라서 커야 한다. 이것은 상술한 것과 상충된다.
그러나, 본 출원인은, 연통 개구를 통한 가스의 흐름은 난류 형태이고(이러한 유체를 위한 레이놀즈수는 6000 부근임), 이들 동일한 개구를 통한 오일의 흐름은 층류 형태이다(이러한 유체의 흐름 속도는 매우 낮고, 점성을 높으며, 밀도는 높음). 난류에서, 개구의 형상은 압력 강하에 큰 영향을 가지지만, 층류에서, 개구의 형상은 거의 영향이 없고, 통로의 단면만 중요하다.
따라서, 연통 개구의 바람직한 형상은, 가스의 흐름에 대응하는 난류의 압력 강하를 최대화하는 형상이다. 실제로, 동일한 통로 단면 또는 표면에 대해, 난류에서 오일을 유출시키기 위한 동일한 용량에 대응하여, 난류에서 압력 강하를 최대화시키는 형상은, 가스를 가장 양호하게 정지시킬 수 있게 하는 형상이다.
그러나, 개구의 원형 형상은 압력 강하를 최소화시키는 형상에 대응하는 반면, 압력 강하를 최대화하는 다른 형상이 많이 있으며, 특히 유효 유압 직경(Dh)을 가진 형상이 있는데, 여기에서,
Dh = 4S/P이고,
S= 개구의 통로 표면 또는 면적이고,
P= 개구의 통로 단면의 둘레이다.
예를 들면, 동일한 유효 유압 직경(Dh)에 대해, 직사각형 개구, 특히 기다란 직사각형 형상의 개구는 원형 형상을 가진 개구보다 큰 통로 표면을 가진다.
주어진 유압 직경(Dh)을 가진 원형 개구는 D=Dh의 직경 및 대응 통로 표면(Sc)을 가진다.
동일한 유압 직경(Dh)을 가진 직사각형 또는 정사각형 개구는, 원형 개구의 통로 표면(Sc)보다 큰 통로 표면(Sr)을 가진다.
동일한 유압 직경(Dh)을 가지며 5개의 정사각형 구멍으로 이루어진 개구 역시, 원형 개구의 통로 표면(Sc)보다 큰 통로 표면(Sm)을 가진다.
물론, 연통 개구의 형상의 그러한 디자인은 엄밀한 의미에서 보호의 주제가 될 수 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 상기 오일 포착 수단은 장애물 분리기를 포함하며, 상기 장애물 분리기는, 통로 개구를 통과하는 가스의 전부 또는 일부를 편향시키기 위해, 상기 통로 개구에 대해 반대쪽에 위치된 바이패스 수단과 관련된 가스의 하나 이상의 상기 통로 개구를 포함한다.
따라서, 액체 위상, 예를 들면 오일의 파도 또는 대형 액적 또는 제트 형태이 오일의 유출을 용이하게 하기 위해, 압력 강하를 거의 발생시키지 않으면서 액체 위상의 오일의 분리에 있어서 여전히 효율적인 분리기를 가지기 위해, 분리기의 전부 또는 일부가 가스의 주 흐름의 단지 일부가 되는 것이 바람직할 수 있다. 중간 흡입 챔버 내의 압력 강하를 감소시킴으로써, 예를 들면 여러 가지 제한을 충족시키기 위해 사이펀의 크기를 감소시키는 것이 가능하다.
이러한 방식으로, 분리기는 오일을 사이펀을 통해 오일을 연속적으로 유출시킬 수 있도록, 주로 액체 위상의 오일을 낮은 가스 흐름 속도와 압력 강하를 가지고 처리한다.
따라서, 그러한 분리기는 입구에 도달하는 대량의 오일을 처리할 수 있게 하는데, 그것은, 상술한 바와 같이, 오일의 대부분이 대형 액적, 제트 및 파도의 형태로 도달하고, 에어로졸 위상의 소형 액적으로 도달하는 오일은 소량이기 때문이다.
다른 면모에 따라, 분리기가 여러 개의 연속적 상기 중간 흡입 챔버를 가질 때, 연속적 중간 흡입 챔버들 사이에 구비되는 연속적 오일 포착 수단은 각각 상기 장애물 분리기 또는 2개의 연속하는 장애물 분리기를 포함하며, 제1 분리기 및 상기 제1 분리기의 하류에 위치된 제2 분리기는 각각, 상기 제1 분리기가 상기 제2 분리기보다 작은 양의 가스 흐름을 편향시키도록 디자인되어 있다.
따라서, 제1 분리기는 제2 분리기보다 작은 압력 강하를 발생시킨다.
다른 면모에 따라, 상기 가스 입구 챔버와 바로 하류에 있는 상기 중간 흡입 챔버 사이에 구비된 상기 오일 포착 수단은 가스를 위해 하나 이상의 가스 통로 개구를 포함한다. 바람직하게, 상기 통로 개구의 상류에 가스 바이패스 수단은 구비되지 않는다.
본 발명은 또한, 내연기관의 크랭크케이스로부터 나오는 가스로부터 오일을 적어도 부분적으로 분리시키기 위한 내연기관용 오일 분리 장치에 있어서, 상술한 분리기, 및 상기 분리기로부터 나오는 가스에 남아 있는 오일의 전부 또는 일부를 회수하기 위해 상기 분리기의 하류에 위치된 사이클론 분리기를 포함하는, 오일 분리 장치에 관한 것이다.
따라서, 분리기는 주로, 상기 장치의 오일 유입의 대부분을 구성하는 액체 위상의 오일 유입을 처리하기 위한 것이며, 특히 조밀하고 견고하며 값이 싸다. 따라서, 이러한 분리기의 기능은 더 이상 오일이 완전히 제거된 유출 가스를 가지는 것이 아니고, 작은 현수된 입자의 형태의 소량의 오일 잔여물을 가진 가스를 가지는 것이며, 다음에는 상기 분리기의 출구에 위치되는 사이클론 분리기에 의해 처리된다.
액체 위상의 오일을 주로 처리하는 1개의 분리기와 에어로졸 위상의 오일을 주로 처리하는 사이클론 분리기에 의해 오일의 처리를 분리함으로써, 특히 분리기의 사이펀에서 어떠한 불안정성 문제도 가지지 않으며, 작은 크기를 가지고, 압력 강하를 감소시키며, 내연기관의 작동 동안에 분리기의 외부로 오일을 연속적으로 유출시킬 수 있게 하는 분리기 장치를 제공할 수 있다.
한편, 에어로졸 위상의 오일을 처리 하기 위해 훨씬 큰 압력 강하를 필요로 하는 사이클론 분리기는, 기관이 정지되었을 때 오일이 예를 들면 적절한 체크 밸브를 통해 기관 내로 유출되기 전에, 내연기관의 작동 시간 동안에 처리된 오일을 저장할 수 있다. 따라서, 소량의 오일만 처리하는 사이클론 분리기는, 기관 블럭에 고유한 벌크(bulk)에 적합한 크기를 가질 수 있다.
하나의 면모에 따라, 사이클론 분리기는, 회수될 오일을 포함하는 접선 방향 가스 입구를 포함하며, 상기 접선 방향 입구는 분리기의 가스 출구 챔버와 직접 연통한다.
본 발명의 다른 면모 및 이점은, 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 여러 가지 실시예의 다음의 상세한 설명을 읽으면 명백하게 될 것이다.
도 1은, 본 발명에 따른 분리기 또는 분리 장치가 장착될 수 있는 내연기관의 부분의 개략적 수직 단면도이다.
도 2는, 분리기의 입구에 있는, 도 1에 도시된 내연기관의 실린더 헤드의 상세 수직 단면도이다.
도 3 및 도 4는 종래기술의 2개의 분리기의 수평 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 분리기의 V-V 선을 따른 수직 단면도이다.
도 6은 도 4와 동일한 도면으로서, 오일의 파도가 분리기 내에 도시되어 있다.
도 7은 도 6에 도시된 분리기의 VII-VII 선을 따른 수직 단면도로서, 오일의 파도로 인해 불안정한 상태에 있다.
도 8 및 도 9는 도 4에 도시된 분리기의 2개의 대안의 수평 단면도로서, 오일의 파도를 처리하기 위해 개구의 크기를 정하는 문제를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명에 따른 분리기의 제1 실시예의 수평 단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 분리기의 XI-XI 선을 따른 수직 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 분리기의 제2 실시예의 수평 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 분리기의 XIII-XIII 선을 따른 수직 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 분리기를 장착할 수 있는 장애물 분리기의 수평 단면도이다.
도 15의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명에 따른 분리기 내에 구비된 챔버들 또는 격실들 사이의 세 가지 유형의 연통 개구를 개략적으로 도시한다.
도 16은 도 12와 동일한 도면으로서, 오일의 파도가 분리기 내에 도시되어 있다.
도 17의 (a) 및 (b)는 도 16에 도시된 분리기의 2개의 대안의 XVII-XVII 선을 따른 수직 단면도이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명에 따른 분리기의 세 가지 다른 실시예의 수평 단면도이다.
도 21은 분리기와 사이클론 분리기를 직렬로 포함하는 본 발명에 따른 분리 장치의 수평 단면도이다.
도 22는 도 21에 도시된 사이클론 분리기의 XXII-XXII 선을 따른 수직 단면도이다.
본 발명에 따른 분리기(1)의 제1 실시예가 도 10에 도시되어 있고, 도 10에 도시된 분리기(1)로부터 개량된 분리기(1)의 다른 실시예가 도 12, 도 18, 도 19 및 도 20에 도시되어 있다.
분리기(1)는, 기다란 형상을 가지며, 내부 공간을 경계짓는 셀(shell) 또는 용기를 형성하는 케이싱(10)을 포함하며, 케이싱(10)의 일단에 오일 함유 가스를 위한 입구(11)가 구비되고, 타단에 세척된 가스를 위한 출구(12)가 구비된다.
분리기(1)의 케이싱(10)은 내부에,
- 입구(11)가 바로 나오는, 오일 함유 가스를 위한 입구 챔버(2),
- 출구(12)가 구비되는, 세척된 가스를 위한 출구 챔버(3),
- 가스의 입구 챔버(2)와 출구 챔버(3) 사이에 위치되고, 가스의 입구 챔버(2)와 출구 챔버(3) 사이의 순환 경로 상에 위치되는 오일 포착 수단(61, 62, 63, 64)(후에 상세히 설명됨)에 의해 경계지어지는 3개의 중간 흡입 챔버(421, 422, 423), 및
- 분리된 오일을 기관으로 복귀시키기 위한 개구(50)를 가진 오일 회수 챔버(5)
를 포함하며,
상기 개구(50)는, 도 11에서 볼 수 있는 분리기(1)의 하부 부분(14) 내에 위치되며, 사이펀(51)의 입구를 형성한다.
오일 회수 챔버(5)는 3개의 중간 흡입 챔버(41, 42, 43)들에 인접하고, 중간 흡입 챔버(421, 422, 423) 각각은 각각 연통 수단(71, 72, 73)(후에 상세히 설명됨)을 통해 상기 오일 회수 챔버(5)와 연통된다.
또한, 회수 챔버(5)는, 한편으로는 연통 수단(52)(후에 상세히 설명됨)을 통해 가스 입구 챔버(2)와 연통되고, 다른 한편으로는 상기 2개의 챔버(3, 5)들 사이의 연통 인터페이스(53)(후에 상세히 설명됨)를 통해 출구 챔버(3)와 연통된다.
오일 회수 챔버(5)는, 연통 수단(56)(후에 상세히 설명됨)을 통해 서로 연통되는 다음의 2개의 연속적 격실(54, 55)로 분할되는데, 즉,
- 연통 수단(52)을 통해 가스 흡기 챔버(2)와 연통되는 소위 제1 중간 흡입 격실(54), 및
- 내부에 분리된 오일 복귀 개구(50)가 구비되고, 연통 인터페이스(53)를 통해 가스 출구 챔버(3)와 연통되는 소위 제2 주 격실(55)이다.
중간 흡입 챔버(41)는 연통 수단(71)을 통해 중간 흡입 챔버(54)와 연통되고, 제2 중간 흡입 챔버(42) 및 제3 중간 흡입 챔버(43)는 각각 연통 수단(72, 73)을 통해 주 격실(55)과 연통된다.
또한, 제1 중간 흡입 챔버(41)는 한편으로는 제1 오일 포착 수단(61)에 의해 입구 챔버(2)로부터 분리되고, 다른 한편으로는 다음의 제2 중간 흡입 챔버(42)로부터 제2 오일 포착 수단(62)에 의해 분리된다. 다음에, 상기 제2 중간 흡입 챔버(42)는, 제3 오일 포착 수단(63)에 의해 다음의 제2 중간 흡입 챔버(43)으로부터 분리된다. 마지막으로, 상기 제3 중간 흡입 챔버(43)는 제4 오일 포착 수단(64)에 의해 출구 챔버(3)로부터 분리된다.
연속하는 제1 포착 수단(61), 제2 포착 수단(62), 및 제3 포착 수단(63)은 각각 장애물 분리기의 로우에 의해 형성되며, 장애물 분리기의 일실시예는 도 14에 상세히 도시되어 있다. 장애물 분리기는, 상기 통로 개구를 통과하는 가스의 전부 또는 일부를 편향시키기 위해 상기 통로 개구(69)에 대해 반대쪽에 위치되는 바이패스 수단(65)과 연결되는 가스를 위한 하나 이상의 통로 개구(69)를 포함한다. 통로 개구(69)는, 서로 이격되는 2개의 동일 평면 벽(66)에 의해 경계지어질 수 있고, 바이패스 수단(65)은, 통로 개구(69)에 대해 반대쪽에 있는 바이패스 플레이트에 의해 형성되며, 바이패스 플레이트는 벽(66)에 대해 평행하고, 상기 벽(66)에 대해 거리(d)만큼 옵셋되며, 상기 통로 개구(69)를 통과하는 가스 흐름의 적어도 일부는 편향시키기 위해 적어도 부분적으로 통로 개구(69)를 덮고, 따라서 바이패스 플레이트(65)는, 따라서 바이패스 플레이트(65)는, 간격(67)이 상기 바이패스 플레이트(65)의 양쪽에서, 바이패스 플레이트(65)에 의해 덮이지 않는 통로 개구(69)의 일부에 대응하는 상태로 유지될 수 있게 할 수 있다. 바이패스 플레이트(65)의 에지에서, 바이패스 효과를 가지도록, 예를 들면 경사면의 형태에서와 같이 적합한 형상을 제공할 수 있다. 따라서, 간격(67)으로 도달하는 화살표(F1)에 의해 도시된 가스 흐름은, 바이패스 플레이트(65)에 의해 직접 편향되는 화살표(F2)에 의해 도시된 가스 흐름에 의해 편향되는 것을 알았다.
도 10으로 돌아가면, 분리기(1)에 유입되는 오일 함유 가스 흐름은, 입구(11)(또는 입구 챔버(2))와 출구(12)(또는 출구 챔버(3)) 사이에서 다음의 2개의 흐름으로 분리되는데, 즉 주 흐름(Fp)과 2차 흐름(Fs)이고,
- 주 흐름(Fp)은 장애물 분리기(61)의 제1 로우를 통과하여, 연통 수단(72)을 통해 오일 회수 챔버(5)의 중간 격실(54) 내에서 주로 중력에 의해 흐를 수 있는 오일의 제1 분리를 수행하며, 다음에는 장애물 분리기(63)의 제3 로우를 통과하여, 연통 수단(73)을 통해 오일 회수 챔버(5)의 주 격실(55) 내에서 주로 중력에 의해 흐를 수 있는 오일의 제3 분리를 수행하고, 마지막으로 제4 포착 수단(64)을 통과하여 출구 챔버(3)로 유입되며,
- 2차 흐름(Fs)은 제1 개구(52)를 통과하여 오일 회수 챔버(5)의 중간 흡입 격실(54)에 유입되며, 연통 수단(71)을 통해 유입되는 흐름과 혼합되고, 다음에는 개구(56)를 통과하여 오일 회수 챔버(5)의 주 격실(55)에 유입되며, 연통 수단(72, 73)을 통해 유입되는 흐름과 혼합되고, 마지막으로 연통 인터페이스(53)를 통과하여 출구 챔버(3) 내의 주 흐름(Fp)과 혼합되며, 오일의 대부분은 분리된 오일 복귀 개구(50)를 통해 분리기(1) 외부로 유출된다.
도 10에 도시되어 있듯이, 특히 오일이 제3 중간 흡입 챔버(43)로부터 출구 챔버(3)로 가는 것을 방지하기 위해, 제4 포착 수단(64)은, 이들 2개의 챔버(3, 43)의 각각의 바닥들 사이에서의 레벨 차이 또는 수직 하락(drop)과 관련되는 수직 하락 특히 계단 형태의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 이러한 수직 하락(64)은 장애물 분리기(61, 62, 63)의 앞의 로우와 동일한 방식으로 주 흐름(Fp) 내의 장애물을 형성하여, 주 흐름(Fp) 내의 오일의 마지막 분리를 가능하게 한다. 수직 하락(64)은, 분리기(1)의 케이싱(10) 내에 내부 립(rib)의 형상을 가질 수 있다.
유사하게, 특히 오일이 주 격실(55)로부터 출구 챔버(3)로 가는 것을 방지하기 위해, 연통 인터페이스(53)는 이들 2개의 챔버(3, 55)의 각각의 바닥들 사이에서의 레벨 차이와 관련되는 수직 하락 특히 계단 형태의 형상을 가질 수 있다. 또한, 이러한 수직 하락 인터페이스(53)는 2차 흐름(Fs) 내의 장애물을 형성하여, 2차 흐름(Fs)주 흐름(Fp) 내의 오일의 마지막 분리를 가능하게 한다. 또한, 이러한 인터페이스(53)는 분리기(1) 내의 가스 순환 유량과 무관하게, 주 격실(55)과 출구 챔버(3) 사이에 압력의 균형을 갖도록 하는 크기를 가진다. 따라서, 주 격실(55) 내의 압력은 특히 파도, 제트 또는 대형 액적 형태의 액체 위상 오일 유입과 실질적으로 무관하다. 수직 하락(64)은, 분리기(1)의 케이싱(10) 내에 내부 립의 형상을 가질 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 인터페이스(53)는, 케이싱(10)의 길이방향에서의 인터페이스(53)의 크기에 대응하는 길이(L1), 및 수직 방향에서의 인터페이스(53)의 크기에 대응하는 높이(HI)를 가지는 실질적으로 사각형 형상을 가진다. 필요한 압력을 균형시키기 위해 상기 인터페이스(53)의 적절한 크기 설정의 예로서, 유량은 대체로 분당 0과 5 리터 사이에 있고, 분당 200 리터 부근의 값에 도달할 수 있다.
본 발명에 따른 분리기(1)의 제2 실시예가 도 12에 도시되어 있는데, 제3 중간 흡입 챔버(43)와 출구 챔버(3) 사이에서, 분리기(1)의 상부 부분(13)에서 주 흐름(Fp)을 집중시키기 위한 집중 영역(convergence area) 형상을 가진다는 점에서 제1 실시예와 다르다. 여기에서 90°의 계단을 가지는 대신에, 주 흐름(Fp)의 순환 방향에서 분리기(1)의 상부 부분(13)을 향하는 일종의 램프 또는 경사벽(64)이 있다. 따라서, 이러한 경사벽(64)은 주 흐름(Fp)을 가속시키고, 사이펀(51)의 입구를 형성하는 분리된 오일 복귀 개구(50)에 대해 반대쪽에서 주 흐름(Fp)을 집중하게 한다. 따라서, 주 흐름(Fp)은 분리기(1)의 상부 부분(13)으로 향하면서, 사이펀(51)의 상류의 오일을 위한 저장고 및 회수 영역을 파괴시키는 위험을 가지지 않는다.
이러한 경사벽(64)은, 도 13에 도시된 바와 같이, 출구 챔버(3)의 바닥(또는 플로어)과 제3 중간 흡입 챔버(43)의 바닥 사이에 연결벽을 형성하고, 상기 바닥들은 물론, 오일이 제3 중간 흡입 챔버(43)로부터 출구 챔버(3)로 가는 것을 방지하기 위해 동일한 레벨에 위치되지 않는다.
도 15의 (a), (b), 및 (c)는 연통 수단(52, 56, 71, 72, 73)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 이들 연통 수단은,
- 도 15의 (a)에 도시된 원형 개구, 및/또는
- 바람직하게, 난류에서의 압력 강하를 최대화하기 위해, 도 15의 (b)에 도시된 사각형 개구, 및/또는
- 또한 바람직하게, 역시 난류에서의 압력 강하를 최대화하기 위해, 도 15의 (c)에 도시된 복수의 정사각형 또는 사각형 개구의 형태의 개구
를 포함하며,
정사각형 또는 사각형 구멍은 예를 들면 동일한 레벨에 정렬되며, 즉 모두 동일한 높이에 규칙적인 간격으로에 위치된다.
물론, 개구의 형상은 상술한 것에 제한되지 않고, 개구의 수 및/또는 크기는 분리기(1)에 의해 처리되어야 할 액체 함유 가스 유량의 함수로서 판정되어야 한다.
도 16은, 제2 실시예에 따른 분리기를 도시하고 있는데, 오일(H)의 파도는 입구 챔버(2)와 오일 회수 챔버(5)의 중간 격실(54)을 연통시키기 위해 연통 수단(52)을 향한다. 도 17의 (a) 및 (b)는, 다른 연통 수단(56, 71, 72, 73)에 물론 적용될 수 있는 이들 연통 수단(52)의 2개의 실시예를 도시하고 있다.
도 17의 (a)에서, 연통 수단(52)은, 입구 챔버와 오일 회수 챔버의 중간 격실 사이에 구비되는 2개의 개구(521, 522)를 포함하며, 상기 개구(521, 522)는, 분리기(1)의 플로어와 같은 하부 부분(14)에 위치되는 개구(522)는 주로 오일(H)의 통로 전용이고, 분리기(1)의 상부 부분(13)에 위치되는 개구(521)는 주로 가스의 2차 흐름(Fs)의 통로 전용이 되도록, 구별되는 레벨에 위치된다. 물론, 여러 개의 개구가 여러 가지 높이 또는 레벨에 구비될 수 있고, 상기 개구들은 또한 도 15의 (a), (b) 및 (c)를 참조하여 상술된 여러 가지 형상을 가질 수 있다. 도 17의 (a)에서, 개구(521, 522)는 사각형이고, 입구 챔버(2)와 중간 격실(54) 사이의 분리벽(523)의 구석에 형성된다.
도 17의 (b)에서, 2개의 개구(521, 522)는 각각 분리벽(523)과 분리기의 케이싱(10)의 상부 부분(13) 및 하부 부분(14) 사이의 자유 공간에 대응한다. 이들 자유 공간(521, 522)은 분리벽(523)의 끼워맞춤(fits) 및 틈새에 의해 디자인되어, 분리기(1)의 디자인 및 생산을 용이하게 한다. 분리벽(523)은, 상부 놀이와 하부 놀이가 각각 개구(521, 522)를 형성하도록, 특히 절단(clipping)에 의해 분리기(1)의 케이싱(10)에 놀이를 두고 조립될 수 있다.
분리기(1)는 기본적으로 액체 위상의 오일을 유출시키기 위해 구비되며, 제1 3개의 연속 포착 수단(61, 62, 63)이 물론 액체 위상의 오일을 회수하는 능력을 유지하면서 주 흐름(Fp)의 감소된 바이패스 효과를 가지도록, 상기 연속 포착 수단(61, 62, 63)의 형상을 수정함으로써, 상기 연속 포착 수단(61, 62, 63)에 의해 발생되는 압력 강하를 감소시키는 것을 고려할 수 있다. 도 18, 도 19 및 도 20에 도시된 3개의 실시예는, 도 12에 도시된 제2 실시예에 따른 분리기(1)의 다른 실시예를 구성하며, 제1 3개의 연속 포착 수단(61, 62, 63)에 대해서만 수정이 이루어진다.
도 18에 도시된 실시예에서, 포착 수단(61, 62, 63)은, 도 14를 참조하여 상술한 하나 이상의 장애물 분리기를 포함하며, 각각의 분리기(61, 62, 63)에 대해, 바이패스 플레이트(65)는, 간격(67)이 크고 예를 들면 바이패스 플레이트(65)의 면적에 비할만한 면적을 가지도록, 2개의 동일 평면 벽(66)에 의해 경계지어진 통로 개구(69)보다 작은 크기를 가진다. 그러한 분리기(61, 62, 63)는 압력 강하를 거의 발생시키지 않으면서, 오일의 대형 액적 또는 파도의 분리에 있어서 여전히 효율적이다.
도 19에 도시된 실시예에서, 간격(67)은 제1 분리기(61)와 제2 분리기(62) 사이 및 제2 분리기(62)와 제3 분리기(63) 사이에서 감소된다. 따라서, 제1 분리기(61)는 바이패스 플레이트를 포함하지 않아, 간격은 통로 개구(69)와 완전히 결합되기 때문에 최대이다. 그러나, 제2 분리기(62)는 통로 개구(69)의 반대쪽에 바이패스 플레이트(65)를 포함하며, 바이패스 플레이트(65)의 크기는 면적(S1)을 가진 간격(67)을 정의하도록 된다. 제3 분리기(63) 역시 통로 개구(69)의 반대쪽에 바이패스 플레이트(65)를 포함하며, 바이패스 플레이트(65)의 크기는 면적(S2)을 가진 간격(67)을 정의하도록 되고, S2는 S1보다 작으며, 간격(67)은 제3 분리기(63)에서보다 제2 분리기(62)에서 더 중요하다. 예를 들면, 2개의 분리기(62, 63)에 대해 동일한 크기를 가진 통로 개구(69)에 대해, 대응 바이패스 플레이트(65)는 상기 개구(69)의 중심에 놓이며, 제2 분리기(62)의 바이패스 플레이트는 제3 분리기(63)의 바이패스 플레이트보다 작다.
도 20에 도시된 실시예에서, 원리는, 분리기(61, 62, 63)들 사이에서 감소되는 간격(67)에 대해 상술한 원리와 동일하다. 이러한 실시예에서, 차이점은, 통로 개구(69)가 2개의 동일 평면 벽(66)에 의해 경계지어지지 않고 분리기(1)의 단일 벽(66)과 케이싱(10)에 의해 경계지어진다는 것이며, 이것은 분리기(1)의 전체 크기를 감소시키고, 분리기(1)의 디자인 및 생산 특히 플라스틱 재료를 성형하여 생산하는 경우에 스트리핑 단계를 단순하게 하기 위한 것이다. 관련 바이패스 플레이트(65)는, 케이싱(10)으로부터 돌출되고, 벽(66)에 대해 평행하며, 대응 통로 개구(69)에 대해 반대쪽에 위치되도록 벽(66)에 대해 이격되는 플레이트를 구성하고, 제2 분리기(62)의 바이패스 플레이트(65)는 제3 분리기(63)의 바이패스 플레이트(65)보다 짧다.
이미 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 분리기(1)는 기본적으로, 액체 위상 특히 파도 또는 대형 액적의 형태로 유입되는 오일을 분리시키기 위한 것이다. 이러한 분리기(1)로부터 나오며, 현수된 오일 입자 즉 에어로졸 위상의 오일 입자가 함유될 수 있는 가스를 처리하기 위해, 도 21에 도시된 바와 같이, 상기 분리기(1) 뒤에, 상기 분리기(1)로부터 나오는 가스 내에 남아 있는 에어로졸 위상의 오일의 전부 또는 일부를 회수하기 위해 사이클론 분리기(7)를 위치시킬 수 있다.
도 22에 더욱 정밀하게 도시된 바와 같이, 사이클론 분리기(7)는,
- 원심 효과에 의한 분리의 원리에 따라, 출구(12)를 통해 분리기(1)로부터 나오는 가스로부터 현수된 입자 형태의 오일을 분리시키도록 디자인되는 사이클론(710),
- 사이클론(710)에 의해 수집된 오일(H)을 위한 저장 볼륨을 형성하는 저장 영역(720), 및
- 가스를 실린더 헤드 내로 복귀시키기 위해 입구 라인과 연통되며, 세척된 가스를 케이싱(700) 외부로 유출시키기 위한 출구 덕트(730)
를 포함하는 내부 공간을 경계짓는 케이싱(700)을 포함한다.
사이클론(710) 자체는, 상부로부터 하부로 가면서,
- 분리기(1)의 출구(12)로부터 직접 연장되어 상기 사이클론(710)의 상부 부분에 위치되며, 제거될 오일의 현수된 액적을 포함하는 가스의 접선 방향 입구(740),
- 오일의 액적이 분사되는 원통형 벽에 의해 형성되는 포착 영역(750), 및
- 포착 영역(750)으로부터 연장되고 원추형 벽에 의해 형성되며, 작은 직경의 하부 부분이 하부 중앙 개구(770)로 종료되는 오일 회수 영역(760)
을 포함한다.
사이클론(710)은 또한, 세척된 가스의 흐름의 일부가 포착 영역(750) 및 저장 영역(720)으로부터 축방향으로 나와 출구 덕트(730)로 가는 상부 중앙 개구(780)을 포함한다.
하부 중앙 개구(770)는, 오일을 중력에 의해 사이클론(710)으로부터 저장 영역(720)을 향해 유출시키기 위해, 저장 영역(720)으로 나온다. 바람직하게 수평인 출구 덕트(730)는, 세척된 가스를 상부 중앙 개구(740)로부터 시작하여 사이클론 분리기(7)의 케이싱(700)의 외부로 흡입하기 위한 흡입관의 기능을 한다.
저장 영역(720)의 상부 부분과 출구 덕트(730) 사이에서, 저장 영역(720)과 출구 덕트(730)를 분리시키는 벽에 형성되는 흡입 개구(79)를 통해 연통이 이루어진다.
작동 동안에, 접선 방향 개구(740)를 통해 사이클론(710) 내에 수용되는 가스는,
- 먼저 나선형으로 하강하고, 다음에는 상승하며, 상부 중앙 개구(780)를 통해 축방향으로 나와 출구 덕트(730)로 가는 주 흐름(Ep), 및
- 하부 중앙 개구(770)를 통해 나오고, 다음에는 저장 영역(720)을 통과하며, 흡입 개구(790)를 통과하고 최종적으로 출구 덕트(730)로 가서 주 흐름(Ep)과 합류하는 2차 흐름(Es)
으로 분리된다.
저장 영역(720) 내에 구비되는 저장 볼륨은, 내연기관의 전체 작동 방향으로 오일을 저장하는 크기를 가지며, 따라서 오일은 기관이 정지되었을 때 기관 내로 유출된다. 예를 들면, 최대 파워로 작동하는 낡은 기관에서 에어로졸 위상의 소형 액적 형태로 도달하는 오일을 4 시간 동안 저장할 수 있게 하는 크기가 구비될 수 있다. 다시 상기할 필요가 있는 것은, 최대 파워로 작동하는 낡은 모터는 소형 액적 형태의 오일의 4 g/h 부근의 유량을 발생시키고, 대형 액적, 제트 또는 파도의 형태로 도달하는 오일의 유량은 1200 g/h 부근이다. 따라서, 사이클론 분리기(7)의 저장 영역(720)은 예방책으로서 약 16 g/h 이상의 오일을 수집하도록 하는 크기를 가질 수 있다.
도시되지 않은 체크 밸브는 저장 영역(720)의 바닥에 구비될 수 있는데, 체크 밸브는 압력이 체크 밸브의 양쪽에서 동일할 때 즉 내연기관이 정지되었을 때에만 개방되어, 저장된 오일이 기관을 향해 복귀될 수 있게 한다.
물론, 프랑스 특허출원 FR 2922126에서 상기 특허출원의 전제부 및 상세설명에서 기술된 것과 같은 다른 형태의 사이클론이 고려될 수 있다.
또한, 사이클론 분리기와 도 3, 도 4, 도 8 및 도 9에 도시된 것과 같이 벤튜리가 장착되는 종래기술의 분리기의 결합이 고려될 수 있다.
물론, 상술한 실시예는 결코 제한을 위한 것이 아니며, 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명에 따른 분리기에 대한 다른 상세사항 및 향상이 이루어질 수 있어, 예를 들면 오일 회수 챔버의 중간 흡입 챔버 및/또는 격실들을 중첩시키고, 및/또는 여러 가지 챔버들 및/또는 격실들 사이에 다른 형태의 연통을 구비하며, 및/또는 오일 포착 수단의 다른 형상, 수, 배치, 및 크기를 구비함으로써, 오일 회수 챔버의 중간 흡입 챔버 및/또는 격실들의 다른 수, 형상 및 배치를 구비할 수 있다.
1: 오일 분리기
2: 입구 챔버
3: 출구 챔버
5: 오일 회수 챔버
7: 사이클론 분리기
10: 케이싱
41, 42, 43: 중간 흡입 챔버

Claims (14)

  1. 내연기관의 크랭크케이스로부터 나오는 가스로부터 오일을 적어도 부분적으로 분리시키기 위한 내연기관용 오일 분리기(1)에 있어서,
    케이싱(10)을 포함하며,
    상기 케이싱(10)은 그 내부에,
    오일 함유 가스를 위한 입구 챔버(2),
    세척된 가스를 위한 출구 챔버(3),
    가스의 상기 입구 챔버(2)와 상기 출구 챔버(3) 사이에 위치되어 있으며, 가스의 상기 입구 챔버(2)와 상기 출구 챔버(3) 사이의 순환 통로 상에 위치된 오일 포착 수단(61, 62, 63)에 의해 경계지어져 있는 하나 이상의 중간 흡입 챔버(41, 42, 43), 및
    분리된 오일을 상기 기관으로 복귀시키기 위한 개구(50)를 가진 오일 회수 챔버(5)
    를 포함하며,
    상기 개구(50)는 상기 분리기(1)의 하부 부분(14)에 위치되어 있고,
    상기 오일 회수 챔버(5)는 상기 중간 흡입 챔버(41, 42, 43)에 인접하여 있으며,
    상기 중간 흡입 챔버(41, 42, 43)는 모두 또는 각각 연통 수단(71, 72, 73)을 통해 상기 오일 회수 챔버(5)와 연통하고 있고,
    상기 오일 회수 챔버(5)는 한편으로는 연통 수단(52)을 통해 가스 흡기 챔버인 상기 입구 챔버(2)와 연통하며, 다른 한편으로는 상기 출구 챔버(3)와 상기 오일 회수 챔버(5) 사이의 연통 인터페이스(53)를 통해 상기 출구 챔버(3)와 연통하고,
    상기 오일 회수 챔버(5)와 상기 출구 챔버(3) 사이의 연통 인터페이스(53)는, 상기 출구 챔버(3)와 상기 오일 회수 챔버(5) 각각의 압력이 상기 분리기(1) 내의 가스의 순환 유량과 무관하게 상기 분리기(1)의 사용 동안에 실질적으로 동일하게 되도록 하는 크기(LI, HI)를 가지고 있는,
    분리기(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일 회수 챔버(5)와 상기 가스 출구 챔버(3) 사이의 상기 연통 인터페이스(53)는, 상기 오일 회수 챔버(5) 내에 축적되는 오일이 상기 연통 인터페이스(53)를 통해 상기 가스 출구 챔버(3)로 통과하는 것을 방지하기 위해, 상기 출구 챔버(3)와 상기 오일 회수 챔버(5) 각각의 바닥들 사이의 레벨 차이와 관련하여 수직 하락(drop) 특히 계단 형태의 형상을 가지고 있는, 분리기(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 오일 회수 챔버(5)는, 연통 수단(56)을 통해 연통하는 여러 개의 연속하는 주 격실(55) 및 하나 이상의 중간 격실(54)을 포함하며,
    상기 주 격실(55) 내에 분리 오일 복귀 개구(50)가 구비되어 있고,
    하나 이상의 상기 중간 격실(54)은 상기 가스 흡기 챔버인 상기 입구 챔버(2)와 상기 주 격실(55) 사이에 위치되어 있으며,
    상기 중간 격실(54) 및 상기 주 격실(55)은 각각, 상기 중간 격실(54) 및 상기 주 격실(55)이 각각 상기 연통 수단(71, 72, 73)을 통해 연통하는 하나 이상의 흡입 챔버(41, 42, 43)에 인접하여 있는,
    분리기(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출구 챔버(3)의 바로 상류에 있는 단일의 상기 중간 흡입 챔버 또는 상기 중간 흡입 챔버(43)는, 상기 분리 오일 복귀 개구(50)가 위치되어 있는 상기 분리기(1)의 상기 하부 부분(14)에 대하여 반대쪽에 있는 상기 분리기(1)의 상부 부분(13)에 가스 순환 흐름을 집중시키기 위한 집중 영역(64)을 통해 상기 출구 챔버(3)와 연통하고 있는, 분리기(1).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 집중 영역(64)은, 수평에 대해 경사져 있고, 가스 흐름의 순환 방향에서 상기 분리기(1)의 상기 상부 부분을 향하고 있는 벽, 특히 상기 출구 챔버(3)의 바닥과 상기 중간 흡입 챔버(43)의 바닥이 동일한 레벨에 있지 않을 때 상기 출구 챔버(3)의 바닥과 상기 중간 흡입 챔버(43)의 바닥 사이의 연결벽을 형성하는 벽의 형상을 가지고 있는, 분리기(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연통 수단(52, 56, 71, 72, 73)의 전부 또는 일부는, 2개의 대응 연통 격실들 또는 챔버들 사이에 구비된 하나 이상의 개구를 포함하는, 분리기(1).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연통 수단(52)의 전부 또는 일부는, 2개의 대응 연통 격실들 또는 챔버들 사이에 구비된 2개 이상의 개구(521, 522)를 포함하며,
    상기 개구(521, 522)는, 상기 분리기(1)의 상기 하부 부분(14)에 위치된 상기 개구(522)는 주로 오일의 통로 전용이고, 상기 분리기(1)의 상기 상부 부분(13)에 위치된 상기 개구(521)는 주로 가스의 통로 전용이 되도록, 구별되는 레벨(522)에 위치되어 있는,
    분리기(1).
  8. 제7항에 있어서,
    2개의 상기 개구(521, 522)는 2개의 대응하는 상기 격실들 또는 챔버들의 분리벽(523)과 상기 분리기(1)의 상기 케이싱(10) 사이의 자유 공간에 대응하고 있고,
    상기 분리벽(523)은 특히 클립핑에 의한 조립을 통해 상기 케이싱(10) 내에 놀이(play)를 갖고 장착되어 있는,
    분리기(1).
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 개구(52, 56, 71, 72, 73)는 모두 또는 각각 직사각형 또는 정사각형인, 분리기(1).
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 개구(52, 56, 71, 72, 73)는 모두 또는 각각 복수의 구멍, 특히 다각형 구멍, 바람직하게 직사각형 또는 정사각형 구멍의 형상을 가지고 있는, 분리기(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오일 포착 수단(61, 62, 63)은 장애물 분리기를 포함하며,
    상기 장애물 분리기는, 통로 개구(69)를 통과하는 가스의 전부 또는 일부를 편향시키기 위해, 상기 통로 개구(69)에 대해 반대쪽에 위치된 바이패스 수단(65)과 관련된 가스의 하나 이상의 상기 통로 개구(69)를 포함하는,
    분리기(1).
  12. 제11항에 있어서,
    여러 개의 연속적 상기 중간 흡입 챔버(41, 42, 43)는, 각각 상기 장애물 분리기 또는 2개의 연속하는 장애물 분리기(62, 63)를 포함하는 상기 오일 포착 수단(62, 63)에 의해 서로로부터 분리되어 있고,
    제1 분리기(61, 62) 및 상기 제1 분리기의 하류에 위치된 제2 분리기(62, 63)는 각각, 상기 제1 분리기가 상기 제2 분리기보다 작은 양의 가스 흐름을 편향시키도록 디자인되어 있는,
    분리기(1).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가스 입구 챔버(2)와 바로 하류에 있는 상기 중간 흡입 챔버(41) 사이에 구비된 상기 오일 포착 수단(61)은 하나 이상의 가스 통로 개구(69)를 포함하는, 분리기(1).
  14. 내연기관의 크랭크케이스로부터 나오는 가스로부터 오일을 적어도 부분적으로 분리시키기 위한 내연기관용 오일 분리 장치에 있어서,
    제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 분리기(1), 및
    상기 분리기(1)로부터 나오는 가스에 남아 있는 오일의 전부 또는 일부를 회수하기 위해 상기 분리기(1)의 하류에 위치된 사이클론 분리기(7)
    를 포함하는, 오일 분리 장치.
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