KR20120128154A - 원심 분리기 - Google Patents

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스테판 제페지
올레 톤블룸
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알파 라발 코포레이트 에이비
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Abstract

연소 엔진으로부터 오염된 가스를 세정하기 위한 장치(1)는 상기 오염된 가스가 회전하도록 마련되는 원심 회전자(3)를 갖는 원심 분리기(2)를 포함한다. 상기 원심 회전자(3)는 공통 간격으로 배치된 적층의 원추대형 분리 디스크(6)를 포함하여 상기 분리 디스크가 그들 사이에서 상기 가스가 통과할 중간 공간(7)의 범위를 정한다. 상기 적층의 분리 디스크(6) 내에서 중심에 출구 챔버(11)가 배치되고, 이에 의하여 상기 원심 회전자(3)가 역류 분리를 위해 구성된다. 상기 원심 분리기는 출구 챔버(11)와 연통하며 상기 원심 회전자(3)로부터 세정된 가스를 배출하도록 구성되는 가스 출구(13)를 포함한다. 상기 적층의 분리 디스크(6)는 연소 엔진 내에 형성되며 상기 오염된 가스를 수용하도록 마련되는 공간(4)에서 회전을 위해 배치되고, 상기 분리 디스크(6) 사이의 중간 공간(7)은 상기 공간(4)과 직접 연통하고, 상기 가스 출구(13)는 공간의 범위를 정하는 벽(5)을 통해 상기 공간(4)으로부터 외부로 세정된 가스를 안내하도록 마련된다.

Description

원심 분리기{CENTRIFUGAL SEPARATOR}
본 발명은 연소 엔진으로부터 오염된 가스를, 예를 들면 연소 엔진의 크랭크케이스로부터 통기된 크랭크케이스 가스를 세정하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 고체나 액체 입자의 형태로 오염된 가스에 부유되는 오염물질을 제거하기 위한 원심 분리기를 포함한다. 크랭크케이스 가스는 그을음 입자 및/또는 오일 미스트 형태의 오염물질을 통상 함유하고 있다. 상기 원심 분리기는 구동 장치에 의해 회전 축을 중심으로 회전가능하며 오염된 가스의 회전을 발생시키도록 구성되는 원심 회전자를 포함한다. 상기 원심 회전자는 공통 간격으로 배치된 적층의 원추대형 분리 디스크를 포함하여 상기 분리 디스크가 그들 사이에서 가스가 통과할 중간 공간의 범위를 정한다. 상기 원심 회전자는 상기 적층의 분리 디스크 내의 중심에 배치되며 상기 중간 공간과 연통하는 출구 챔버를 더 포함하고, 이에 따라 상기 오염된 가스가 회전하도록 야기되어 상기 적층의 분리 디스크 외측으로부터 반경방향으로 그리고 중심과 중앙 출구 챔버를 향해 중간 공간으로 안내되는 방식으로 역류 분리를 위해 구성된다. 상기 원심 분리기는 출구 챔버와 연통하며 상기 원심 회전자로부터 세정된 가스를 배출하도록 구성되는 가스 출구를 포함한다.
EP 1273335 B1는 크랭크케이스 가스를 세정하기 위한 공지된 장치를 제안하고 있다. 상기 공지된 장치의 원심 분리기는 고정 하우징을 갖고, 상기 고정 하우징은 그 내부에 상기 원심 회전자가 회전하도록 마련되는 챔버의 범위를 정한다. 상기 원심 분리기는 연소 엔진 측에 체결되도록 마련되고, 상기 엔진으로부터 크랭크케이스 가스를 상기 하우징에 제공되며 원심 회전자와 연통하는 입구로 안내하도록 외부 이송 라인이 제공된다. 작동시에, 오염물질은 회전하는 원심 회전자에 의해 상기 크랭크케이스 가스로부터 분리되고, 이에 따라 상기 하우징은 분리된 오염물질(오일 및 그을음)용 출구 및 세정된 가스용 가스 출구를 갖는다.
SE 529 409 C2는 크랭크케이스 가스를 세정하기 위한 유사한 장치를 개시하고 있다. 이러한 원심 분리기는 고정 하우징을 갖고, 상기 고정 하우징은 원심 회전자를 둘러싸며 연소 엔진의 밸브 커버에 하우징을 직접 장착하도록 구성되는 접속면을 갖는다. 상기 접속면에는 밸브 커버의 구멍을 통해 상기 밸브 커버에 의해 형성된 공간에서 크랭크케이스 가스와 직접적으로 연통하는 가스 입구가 제공된다. 이러한 구성은 외부 크랭크케이스 가스 이송 라인을 제공할 필요가 없게 된다. 또한, 상기 하우징은 세정된 가스용 가스 출구 및 분리된 오염물질을 위한 특별한 수집 홈통(trough)을 포함한다.
종래 기술 장치는 오염된 가스를 매우 효과적으로 세정하는 것으로 판명된다. 차량 산업에서, 환경으로의 배기가스를 감소시킬 목적으로 환경 요구사항들이 끊임없이 증가하고 있다. 위에서 보여준 장치는 대형 디젤 엔진으로부터 크랭크케이스 가스를 세정하는데 통상적으로 사용된다. 그러나, 소형 연소 엔진, 예를 들면 5 내지 9리터 정도의 디젤 엔진 또는 더 작은 승용차용 엔진으로부터 크랭크케이스 가스를 또한 세정할 필요가 있다. 동시에, 자동차 산업은 컴팩트한 측면에서 높은 요건 및 고성능을 나타내는 비용 효율이 높은 해결책을 정한다.
본 발명의 목적은 전술한 필요성을 충족하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이는 원심 회전자 상에서 적층의 분리 디스크는 연소 엔진 내에 형성되며 오염된 가스를 수용하도록 마련되는 공간에서 회전을 위해 배치되고, 상기 분리 디스크 사이의 중간 공간은 상기 공간과 직접 연통하고, 가스 출구는 공간의 범위를 정하는 벽을 통해 상기 공간으로부터 외부로 세정된 가스를 안내하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 도입에서 구체화된 장치에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명에 따른 장치는 연소 엔진 내에 이미 존재하는 공간을 이용한다. 크랭크케이스 가스를 세정하기 위하여, 예를 들면 이러한 공간은 크랭크케이스의 형태를 취하거나 또는 엔진 블럭 내에 위치되며 상기 크랭크케이스와 연통하도록 형성된 공간을 취할 수 있다. 다른 가능한 공간은 엔진에 속하는 다양한 종류의 커버에 의해 범위가 정해진 공간, 예를 들면 밸브 커버, 타이밍 체인 케이스, 또는 플라이휠 하우징 내의 공간이다. 크랭크케이스 가스 세정을 위하여, 이러한 공간은 엔진 블럭의 채널을 통해 크랭크케이스와 연통하도록 마련될 수 있다. 따라서, 상기 엔진 내에 형성된 공간은 원심 회전자를 위해 범위가 정해진 공간을 구성한다. 이는 상기 원심 회전자가 원심 회전자를 둘러싸는 그 자신의 별도의 하우징을 필요로 하지 않을 뿐만 아니라 상기 원심 회전자에 오염된 가스를 공급하는 그 자신의 별도의 이송 라인을 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다. 본 발명에 따른 장치는 상기 원심 분리기의 전체 또는 대략 전체가 기존의 엔진 공간에 수용되므로 상기 엔진 외측의 임의의 공간을 거의 점유하지 않는다. 상기 원심 분리기에는 가스로부터 분리된 오염물질을 위한 임의의 출구 장치가 제공될 필요가 없다. 대신에, 상기 원심 회전자는 역류 분리의 결과로서 분리된 오염물질을 상기 적층의 분리 디스크로부터 반경방향 외측으로 그리고 오염된 가스를 이미 함유하는 원래의 공간으로 직접 나가게 하도록 마련된다.
상기 원심 회전자는 오염된 가스가 전체의 축방향 적층 정도를 따라 비교적 자유로이 흐를 수 있는 범위를 정하는 벽으로부터 그러한 간격으로 공간에 위치되는 이점을 가질 수 있다. 이는 오염된 가스가 분리 디스크 사이의 모든 중간 공간으로 동일하게(균일하게) 분포되게 하는 양호한 조건을 생성한다. 연소 엔진 주위의 제한된 공간으로 인하여, 종래 기술의 원심 분리기는 상기 고정 하우징이 원심 분리기를 비교적 밀접하게 둘러싸도록 구성된다, 즉 상기 원심 분리기에는 원심 회전자와 이를 둘러싸는 하우징 사이에 비교적 작은 환형 공간이 구성된다. 이러한 작은 환형 공간은 상기 적층의 분리 디스크에서 중간 공간으로 오염된 가스의 불균일한 분포를 야기하는 흐름 저항을 발생시킬 수 있다. 그러므로, 본 발명은 상기 전체 적층의 분리 디스크를 따르는 자유 흐름이 상기 분리 디스크 사이의 모든 중간 공간으로 오염된 가스의 상당히 균일한 분포를 발생시키는 점에서 향상된 분리 성능을 이룰 수 있다.
그 결과, 본 발명은 연소 엔진으로부터 오염된 가스를 효과적으로 세정할 수 있으며 간단하며 컴팩트한 장치를 제시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 구동 장치는 원심 회전자의 속도가 연소 엔진의 속도에 대하여 가변적이도록 마련된다. 속도 제어에 의해, 상기 원심 회전자 속도와 이에 따른 세정 효과는 필요에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 원심 회전자는 엔진의 샤프트에 구동되게 연결될 수 있고, 상기 원심 회전자의 속도가 샤프트와 엔진의 속도에 대하여 변화될 수 있도록 상기 구동 장치는 샤프트와 원심 회전자 간의 가변 변속비를 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 구동 장치는 모터이다. 이러한 경우, 상기 원심 회전자는 연소 엔진의 속도와는 독립적인 그 자신의 모터에 의해 구동된다. 또한, 이러한 모터는, 예를 들어 전기 모터와 이에 따른 원심 회전자의 속도 제어용 제어 유닛에 작동가능하게 연결된 전기 모터에 의해 달성될 수 있는 상기 원심 회전자의 속도 제어를 가능하게 한다. 또한, 공압이나 유압 모터의 속도는 상기 공압이나 유압 모터에 가압된 가스나 액체의 흐름을 제어함으로써 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 구동 장치는 공간의 외측에 위치된다. 따라서, 상기 구동 장치는 오염된 가스를 함유하는 공간으로부터 분리되고, 이는, 예를 들어 전기 모터가 오일 미스트, 그을음, 및 다른 오염물질을 함유하는 비교적 더러우며 공격적인 환경으로부터 보호될 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 벽에서 원심 회전자를 회전가능하게 지지하기 위하여 상기 공간의 범위를 정하는 벽에 베어링 유닛이 제공된다. 따라서, 상기 벽은 원심 회전자용 지지부로서 사용된다. 상기 공간에 추가적인 베어링 유닛이 제공될 수 있고, 이 경우에 상기 적층의 분리 디스크의 각 측에서 원심 회전자를 회전가능하게 지지하기 위하여 상기 베어링 유닛이 구성된다. 이는 원심 회전자의 비교적 강성의 저널링을 발생시키고, 이에 의하여 유해한 진동이나 발진이 회전시에 회피될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 원심 회전자는 공간의 범위를 정하는 벽에서 샤프트 관통(shaft lead-through)을 통해 연장되는 회전자 샤프트를 통해 상기 구동 장치에 구동되게 연결되고, 상기 벽의 베어링 유닛이 상기 샤프트 관통에 구성된다. 이는 샤프트 관통이 상기 벽에서 원심 회전자를 회전가능하게 지지하는데 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 원심 회전자는 상기 벽의 베어링 유닛에서만 회전가능하게 지지된다. 이는 단지 하나의 베어링 유닛을 갖는 전체의 원심 분리기에 대해 간단한 지지 장치를 발생시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 가스 출구는 벽에서 베어링 유닛으로부터 원위방향으로 상기 적층의 분리 디스크에 위치되는 축방향 단부벽을 통해 상기 출구 챔버와 연통한다. 따라서, 상기 가스 출구는 적층의 분리 디스크의 하나의 축방향 측 상의 공간에 배치되고, 상기 베어링 유닛은 적층의 분리 디스크의 다른 축방향 측 상의 벽에 위치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 가스 출구는 벽에서 베어링 유닛에 대하여 근위방향으로 상기 적층의 분리 디스크에 위치되는 축방향 단부벽을 통해 상기 출구 챔버와 연통한다. 따라서, 상기 가스 출구와 베어링 유닛 양자는 상기 적층의 분리 디스크의 동일한 축방향 측 상에 위치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 가스 출구는 벽에서 베어링 유닛을 둘러싸며 상기 공간의 범위를 정하는 벽에 연결되는 관형 요소의 형태를 갖고, 상기 가스 출구는 베어링 유닛의 베어링 지지부가 마련되는 출구 덕트를 형성하여 상기 출구 덕트의 베어링 지지부를 지나 세정된 가스가 안내될 수 있게 한다. 그 결과는 상기 벽에서 원심 회전자를 회전가능하게 지지하기 위한 베어링 유닛과 조합된 가스 출구이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 모터는 전기 모터이다. 전기 모터에 대한 속도 제어를 마련하는 것을 비교적 용이하다. 상기 전기 모터가 오염된 가스를 함유하는 공간으로부터 분리되어 비교적 더러운 환경으로부터 보호되도록 상기 전기 모터가 공간의 외측에 위치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 모터는 작동시에 연소 엔진에 의해 가압되는 유체로 상기 원심 회전자를 회전시키도록 마련되는 유압 모터 또는 공압 모터이다. 예를 들어, 이러한 유체는 차량, 예를 들면 트럭용 연소 엔진의 이미 존재하는 압축 공기나 윤활 시스템으로부터 압축된 공기나 가압된 윤활유(오일)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 모터는 공간에 위치되며 상기 원심 회전자에 연결되는 터빈을 포함하고, 상기 모터는 터빈 휠과 이에 따른 원심 회전자가 회전하게 하기 위하여 상기 공간에 제공되며 상기 터빈을 향하는 오리피스에 상기 가압된 유체를 공급하기 위한 덕트를 포함한다. 이는 상기 공간이 원심 회전자를 구동하는데 사용될 수도 있다는 것을 의미한다. 상기 오염된 가스를 위한 공간은 윤활유를 함유하고 및/또는, 예를 들어 상기 크랭크케이스로 윤활유를 복귀시키도록 통상 구성되므로, 가압된 윤활유(오일)는 상기 가압된 유체로서 사용될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 원심 분리기는 적층의 분리 디스크의 하류에 위치되며 상기 원심 회전자를 통한 가스 흐름과 연관된 압력 강하에 대해 보상하도록 구성되는 팬을 포함한다. 이러한 경우, 상기 가스 출구에는 회전자 샤프트에 장착되는 팬 임펠러를 둘러싸는 팬 하우징이 제공될 수 있고, 상기 회전자 샤프트는 원심 회전자에 속하며 상기 팬 하우징으로 연장될 수 있다. 역류 분리기에서, 상기 원심 회전자는 원하는 흐름 방향과 반대되는 방향으로 가스 흐름에 펌핑 동작을 가하여, 작동시에 이러한 원심 회전자를 통해 흐름 저항을 야기한다. 따라서, 상기 회전하는 팬은 작동시에 원심 회전자를 통해 크랭크케이스 가스를 인출한다. 따라서, 상기 공간에 과도한 가스 압력이 회피된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 연소 엔진 내에 형성된 공간은 상기 엔진 상의 커버에 의해 범위가 정해진다. 따라서, 상기 공간의 범위를 정하는 벽은 밸브 커버, 타이밍 체인 케이스, 플라이휠 하우징 등의 형태를 취할 수 있다. 상기 크랭크케이스 가스를 수용하기 위한 공간의 범위를 정하도록 마련된 이러한 커버는 종래 기술이어서 본 명세서에서는 더 이상 설명하지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 오염된 가스는 연소 엔진의 크랭크케이스로부터 통기되는 크랭크케이스 가스이다. 이는 상기 엔진으로부터의 크랭크케이스 가스가 장치에 의해 세정될 수 있다는 것을 의미한다. 이를 위하여, 상기 엔진 내에 형성된 공간은 엔진의 크랭크케이스이거나 또는 엔진 블럭 내에 형성되며 상기 크랭크케이스와 연통하도록 마련되는 공간일 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적으로 설명된 본 발명의 실시예들의 상세한 설명에 의해 아래에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 3은 연소 엔진으로부터 오염된 가스를 세정하기 위한 장치의 다양한 실시예들을 도시하고 있다. 도시된 실시예들에서, 상기 오염된 가스는 엔진의 크랭크케이스로부터 통기된 크랭크케이스 가스이다. 상기 장치(1)는 크랭크케이스 가스로부터 입자성 오염물질을 분리하기 위한 원심 분리기(2)를 포함한다. 상기 원심 분리기(2)는 회전 축(R)을 중심으로 회전가능하며 상기 엔진 내에 형성된 공간(4, 4'), 즉 상기 엔진에 속한 공간에 배치되는 원심 회전자(3)를 포함한다. 도 1 및 2에 따른 제1 및 제2 실시예에서, 상기 공간(4)은 밸브 커버(5)에 의해 범위가 정해지고, 상기 밸브 커버(5) 내의 공간(4)은 크랭크케이스로부터 크랭크케이스 가스를 수용하도록 마련된다. 따라서, 상기 엔진은 크랭크케이스 가스를 크랭크케이스로부터 상기 밸브 커버(5)에 의해 범위가 정해진 공간(4)으로 안내하도록 마련되는 채널이 제공된 엔진 블럭을 포함한다. 도 3에 따른 제3 실시예에서, 상기 원심 회전자(3)는 크랭크케이스(5') 내에, 즉 상기 크랭크케이스(5')에 의해 범위가 정해진 공간(4')에 직접적으로 회전가능하게 마련된다.
상기 공간(4, 4')에서, 상기 원심 회전자(3)에는 공통 간격으로 배치된 적층의 분리 디스크(a stack of separating discs)(6)가 제공되어 상기 분리 디스크가 그들 사이에서 상기 크랭크케이스 가스가 통과할 중간 공간(7)의 범위를 정한다. 이러한 중간 공간(7)은 분리 디스크의 표면에 다수의 간격 부재(미도시)의 제공에 의해 형성될 수 있다. 명확성을 위하여, 도면은 큰 축방향 중간 공간(7)과 함께 적은 수의 분리 디스크(6)만을 도시하고 있다. 실제로는, 상당히 많은 분리 디스크(6)가 적층되어 있고, 그 결과로 비교적 좁은 중간 공간(7)이 상기 분리 디스크 사이에 형성된다. 상기 중간 공간(7)이 분리 디스크(6) 사이에서 공간(4, 4')과 직접적으로 연통하는 방식으로 상기 적층의 분리 디스크(6)가 공간(4, 4')에 배치된다. 상기 분리 디스크(6)는 원추대 형상이고 상기 분리 디스크(6)에 대응하는 원추대 형상인 제1 단부벽(8)과 제2 단부벽(9) 사이에 적층된다. 회전자 샤프트(10)는 적층의 분리 디스크(6)를 통해 회전 축(R)과 동축으로 연장되고, 상기 분리 디스크(6)와 단부벽(8, 9)은 동심으로 배치되며 상기 회전자 샤프트(10)에 연결된다. 그러므로, 각 단부벽(8, 9)과 각 분리 디스크(6)는 회전자 샤프트(10)용 홀을 갖는 중앙 평면부를 구비한다.
각 분리 디스크(6)는 회전자 샤프트(10) 둘레에 분포된 가스 흐름 구멍(미도시)을 상기 평면부에서 분리 디스크를 관통하게 더 갖는다. 상기 분리 디스크(6)의 가스 흐름 구멍 및 상기 분리 디스크의 중앙 평면부들 사이의 중간 공간(7)은 함께 상기 적층의 분리 디스크(6) 내에 중앙 출구 챔버(11)를 형성한다. 그 결과, 상기 원심 회전자(3)는 이른바 역류 분리에 의해 크랭크케이스 가스를 세정하도록 마련되고, 오염된 크랭크케이스 가스는 회전자(3)의 외측으로부터 반경방향으로 그 후에 상기 중앙 출구 챔버(11)를 향해 상기 분리 디스크(6) 사이의 중간 공간(7)으로 안내된다. 상기 중앙 출구 챔버(11)가 원심 회전자(3)로부터 세정된 크랭크케이스 가스를 배출하기 위하여 고정 가스 출구(13, 13', 13")와 연통할 수 있도록 상기 제2 단부벽(9)의 중앙부는 회전자 샤프트(10) 둘레에 분포된 복수의 구멍(12)을 상기 중앙부를 관통하게 갖는다. 상기 제2 단부벽(9)은 가스 출구(13, 13', 13")를 향해 축방향으로 연장되며 상기 가스 출구(13, 13', 13") 상의 관형 요소(15b)에서 유사한 환형 플랜지(15a)와 협력하도록 마련되는 환형 플랜지(14)를 더 갖는다. 따라서, 상기 세정된 크랭크케이스 가스는 중앙 출구 챔버(11)로부터 상기 고정 가스 출구(13, 13', 13")로 안내된다.
도 1에 도시된 제1 실시예에서, 상기 고정 가스 출구(13)는 밸브 커버(5) 내의 공간(4)에 배치된다. 팬 임펠러(16)가 상기 가스 출구(13)로 연장되는 회전자 샤프트(10)의 제1 단부에 제공되고, 상기 팬 임펠러(16)를 둘러싸는 가스 출구(13)의 일부는 팬 하우징(17)으로 구성된다. 상기 가스 출구(13)는 팬 하우징(17)에 연결되며 상기 밸브 커버(5)의 구멍(5a)이나 덕트 관통을 통해 크랭크케이스 가스를 상기 공간(4)으로부터 외부로 안내하기 위하여 마련되는 출구 덕트(18b)를 더 포함한다. 상기 가스 출구(13)의 팬 임펠러(16)는 크랭크케이스 가스를 상기 출구 챔버(11)로부터 그리고 상기 팬 하우징(17)의 출구 덕트(18b)를 통해 외부로 펌핑하도록 구성된다. 역류 분리기에서, 상기 적층의 분리 디스크(6)는 원하는 흐름 방향과 반대되는 방향으로 가스 흐름에 펌핑 동작을 가하여, 작동시에 이러한 원심 회전자(3)를 통해 압력 강하나 흐름 저항을 야기한다. 따라서, 상기 팬 임펠러(16)는 회전자(3)를 통한 가스 흐름과 연관된 압력 강하에 대해 적어도 보상하도록 구성된다.
도 1은 상기 원심 회전자(3)에 구동되게 연결되며 상기 밸브 커버(5)의 외측에 장착되는 전기 모터(19)를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 모터(19)는 밸브 커버(5)에서 샤프트 관통을 통해 연장되는 상기 회전자 샤프트(10)의 제2 단부에 연결된다. 샤프트 통로는 상기 회전자 샤프트(10)를 통해 원심 회전자(3)를 회전가능하게 지지하도록 상기 밸브 커버(5)에 배치되는 두개의 베어링(20a, 20b)과 베어링 지지부(21)를 갖는 베어링 유닛을 포함한다. 상기 두개의 베어링(20a, 20b)은 베어링 지지부(21)에 축방향으로 나란히 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 회전자 샤프트(10)는 밸브 커버(5)에서 샤프트 통로와 연관된 베어링 유닛에 의해 단지 저널링된다(journalled). 그 결과는 원심 회전자(3) 전체에 대해 간단한 지지 장치이다. 그러나, 필요한 경우, 상기 원심 회전자(3)가 적층의 분리 디스크(6)의 양 측에서 지지되도록 상기 회전자 샤프트(10)의 제1 단부에서 가스 출구(13) 내에 추가적인 베어링 유닛(미도시)이 제공될 수 있다.
도 2에 도시된 제2 실시예에서, 상기 고정 가스 출구(13')는 세정된 크랭크케이스 가스용 출구 덕트(18a)를 형성하는 관형 요소(15b)의 형태를 취하고 있다. 상기 밸브 커버(5)에, 세정된 크랭크케이스 가스가 밸브 커버(5) 내의 공간(4)으로부터 외부로 안내될 수 있도록 상기 출구 덕트(18a)가 연결되는 구멍(5a)이 있다. 상기 관형 요소(15b)는 밸브 커버의 구멍(5a) 주위의 구역에서 상기 밸브 커버(5)에 직접적으로 연결되고, 상기 원심 회전자(3)의 제2 단부벽(9)에서 상기 환형 플랜지(14)를 향해 축방향 내측으로 연장되고, 협력하는 환형 플랜지(15a)의 형태로 자유 단부를 갖는다. 전술한 바와 같이, 상기 플랜지(14, 15a)는 세정된 크랭크케이스 가스를 상기 원심 회전자(3)의 중앙 출구 챔버(11)로부터 상기 고정 가스 출구(13')로 안내하기 위하여 협력하도록 마련된다.
도 2는 상기 관형 요소(15b)를 통해 밸브 커버(5)에서 상기 회전자 샤프트(10)를 회전가능하게 지지하도록 마련되는 제1 베어링(20a')과 베어링 지지부(21a)를 포함하는 베어링 유닛을 둘러싸는 상기 관형 요소(15b)로 연장되는 회전자 샤프트(10)의 제1 단부를 도시하고 있다. 상기 관형 요소(15b)에서, 상기 베어링 지지부(21a)는 상기 베어링 지지부(21a)와 관형 요소(15b) 사이에서 반경방향으로 연장되는 플랜지에 의해 지지되고, 상기 플랜지는 베어링 지지부(21a) 둘레에 분포되며 상기 출구 덕트(18a)에서 베어링 지지부(21a)를 지나 세정된 크랭크케이스 가스를 안내하도록 마련되는 복수의 홀(22)을 상기 플랜지를 관통하게 갖는다. 상기 회전자 샤프트(10)의 제2 단부는 상기 공간(4)에 배치되고 터빈 휠(19')을 지지한다. 따라서, 상기 회전자 샤프트(10)는 유압 모터에 구동되게 연결되고, 상기 유압 모터는 터빈 임펠러(19')와 원심 회전자(3)를 회전시키기 위하여 유체(예를 들면, 가압 오일)의 분출을 위해 상기 터빈 휠(19')을 향하도록 마련되며 상기 공간(4)에 위치되는 노즐(미도시)을 더 포함한다. 상기 적층의 분리 디스크(6)와 터빈 휠(19') 사이에서, 상기 회전자 샤프트(10)는 밸브 커버(5) 내의 공간(4)에 배치된 벽 요소(21b)에서 제2 베어링(20b')에 의해 저널링된다. 제2 실시예에서, 상기 원심 회전자(3)는 제1 베어링(20a')과 제2 베어링(20b')에 의해 상기 적층의 분리 디스크(6)의 각 측에 회전가능하게 지지된다.
도 3에 도시된 제3 실시예에서, 상기 원심 회전자(3)는 크랭크케이스(5') 내에서 회전하도록 배치된다. 상기 크랭크케이스(5') 내의 공간(4')은 액체 형태의 오일을 어느 레벨까지 함유하도록 마련된다. 그러나, 상기 회전자(3)는 크랭크케이스 가스를 함유하도록 마련된 공간(4')의 부분에 배치된다. 그 결과, 상기 원심 회전자(3)가 액체 오일과 접촉하거나 또는 상기 액체 오일이 채워질 위험이 없도록 상기 원심 분리기(2)가 상기 오일 레벨 위의 적절한 거리에 위치되게 도시되어 있다.
도 3은 세정된 크랭크케이스 가스용 출구 덕트(18a)를 형성하는 관형 요소(15b)가 제공된 고정 가스 출구(13")를 도시하고 있다. 상기 크랭크케이스(5')에, 세정된 크랭크케이스 가스가 크랭크케이스(5') 내의 공간(4')으로부터 외부로 안내될 수 있도록 상기 출구 덕트(18a)가 연결되는 구멍(5'a)이 있다. 상기 관형 요소(15b)는 크랭크케이스의 구멍(5'a) 주위의 구역에서 상기 크랭크케이스(5')에 직접적으로 연결되며 상기 원심 회전자(3)의 제2 단부벽(9)에서 상기 환형 플랜지(14)를 향해 축방향 내측으로 연장되고, 상기 관형 요소(15b)의 자유 단부는 협력하는 환형 플랜지(15a)의 형태를 취한다. 전술한 바와 같이, 상기 플랜지(14, 15a)는 세정된 크랭크케이스 가스를 상기 원심 회전자(3)의 중앙 출구 챔버(11)로부터 상기 고정 가스 출구(13")로 안내하기 위하여 협력하도록 마련된다. 상기 회전자 샤프트(10)는 관형 요소(15b)를 통해 그리고 상기 크랭크케이스의 구멍(5'a)을 통해 상기 크랭크케이스(5')로부터 외부로 축방향으로 연장된다. 상기 크랭크케이스(5')의 바로 외측에서, 상기 회전자 샤프트(10)는 팬 임펠러(16)를 지지하고, 상기 가스 출구(13")는 팬 임펠러(16)를 둘러싸는 팬 하우징(17)을 포함하고, 상기 크랭크케이스(5')의 외측에 배치되고, 상기 크랭크케이스(5')에서 구멍(5'a)을 통해 상기 출구 덕트(18a)와 연통하도록 마련된다. 상기 가스 출구(13")는 팬 하우징(17)에 연결되며 상기 팬 하우징(17)으로부터 외부로 크랭크케이스 가스를 안내하기 위하여 마련되는 출구 덕트(18b)를 더 포함한다. 전술한 바와 같이, 상기 팬 임펠러(16)는 크랭크케이스 가스를 상기 원심 회전자(3)의 출구 챔버(11)로부터 그리고 상기 고정 가스 출구(13')를 통해 외부로 펌핑하도록 구성된다. 따라서, 상기 팬 임펠러(16)는 원심 회전자(3)를 통한 가스 흐름과 연관된 압력 강하에 대해 적어도 보상하도록 구성된다. 대안적으로, 상기 팬 임펠러(16)는 상기 압력 강하 보상에 대한 필요가 없는 경우에 이러한 실시예로부터 전체적으로 생략될 수 있다.
도 3은 상기 원심 회전자(3)에 구동되게 연결되며 상기 팬 하우징(17)의 외측에 장착되는 전기 모터(19)를 개략적으로 도시하고 있다. 상기 모터(19)는 팬 하우징(17)에서 샤프트 관통을 통해 연장되는 상기 회전자 샤프트(10)의 제1 단부에 연결된다. 제3 실시예에서, 상기 원심 회전자(3)는 적층의 분리 디스크(6)의 양 측에 저널링된다. 상기 관형 요소(15b)로 연장되는 회전자 샤프트(10)의 부분은 상기 관형 요소(15b)를 통해 상기 크랭크케이스(5')에서 회전하기 위한 회전자 샤프트(10)를 지지하도록 마련되는 제1 베어링(20a')과 베어링 지지부(21a)를 포함하는 베어링 유닛에 의해 저널링된다. 상기 관형 요소(15b)에서, 상기 베어링 지지부(21a)는 상기 베어링 리테이너(21)와 관형 요소(15b) 사이에서 반경방향으로 연장되는 플랜지에 의해 지지되고, 상기 플랜지는 베어링 지지부(21a) 둘레에 분포되며 상기 출구 덕트(18a)에서 베어링 지지부(21a)를 지나 세정된 크랭크케이스 가스를 안내하도록 마련되는 복수의 홀(22)을 상기 플랜지를 관통하게 갖는다. 상기 회전자 샤프트(10)의 제2 단부는 크랭크케이스(5') 내의 공간(4')에 배치된 벽 요소(21b)에서 제2 베어링(20b')에 의해 저널링된다.
위에서 설명되고 도면에 도시된 장치는 가스보다 고밀도인 크랭크케이스 가스에 부유된 입자(오염물질)로부터 크랭크케이스 가스를 세정하기 위하여 후술될 방식으로 작동한다. 이러한 경우, 상기 오염물질은 두 종류, 즉 고체 입자, 예를 들면 그을음 입자 및 액체 입자, 예를 들면 오일 입자이다.
상기 모터(19, 19')는 공간(4, 4') 내에서 원심 회전자(3)의 회전을 유지시킨다. 상기 공간(4, 4')의 오염된 크랭크케이스 가스는 상기 적층의 분리 디스크(6)의 외주로부터 상기 분리 디스크(6) 사이의 중간 공간(7)으로 직접 안내된다. 이로부터, 상기 가스는 회전자의 중앙 출구 챔버(11)를 향해 반경방향 내측으로 흐른다. 상기 가스가 분리 디스크(6) 사이에서 흐르는 동안, 상기 원심 회전자의 회전에 의해 상기 분리 디스크에 회전이 부여된다. 따라서, 상기 가스에 부유된 입자는 원심력에 의해 상기 분리 디스크의 내측, 즉 상기 회전 축(R)을 향하는 원추대형 분리 디스크의 측부를 향해 이동하여 그리고 이와 접촉하게 된다. 상기 분리 디스크와 접촉함에 따라, 상기 입자는 분리 디스크에 의해 혼입된 후에 상기 분리 디스크의 내측을 따라 반경방향 외측으로 상기 입자가 이동하게 하는 원심력에 의해 주로 작용된다. 상기 입자가 분리 디스크의 주변 에지에 도달하는 경우, 상기 입자는 원심 회전자(3)로부터 외부로 나아가게 되고, 이에 따라 상기 공간(4, 4')으로 복귀된다.
인접하는 분리 디스크(6) 사이의 각 중간 공간에서 입자가 줄어든 크랭크케이스 가스는 계속해서 상기 원심 회전자(3)의 중앙 출구 챔버(11)로 반경방향 내측으로 이동한다. 그러나, 상기 원심 회전자의 회전은 분리 디스크(6) 사이의 중간 공간(7)을 통해 흐르는 가스에 흐름 저항을 초래한다. 다시 말해서, 상기 원심 회전자(3)는 원심 회전자를 통해 원하는 흐름 방향과 반대되는 방향으로 가스 흐름에 펌핑 동작을 가한다. 작동시에 상기 공간(4, 4')으로 공급되게 형성된 크랭크케이스 가스가 그 내부에 충분히 높은 가스 압력을 발생시키면, 상기 크랭크케이스 가스는 상기 흐름 저항에도 불구하고 중앙 출구 챔버(11)를 향해 반경방향 내측으로 그리고 상기 가스 출구(13')를 통해 외부로 흐르게 될 것이다. 그러나, 상기 엔진은 상기 공간(4, 4') 내의 압력이 특정 압력 범위 내에서 유지될 필요가 있도록 치수화된다, 즉 상기 압력은 소정의 양 압력을 넘어서도 안될 뿐만 아니라 소정의 음 압력 아래로 떨어져도 안된다. 상기 공간(4, 4')의 허용 양 압력이 회전하는 원심 회전자를 통해 크랭크케이스 가스를 가압하는데 충분하지 않다면, 상기 장치에는 원심 회전자를 통한 가스 흐름과 연관된 압력 강하에 대해 보상하기 위하여 상기 원심 회전자의 하류에 위치되는 상기 팬 임펠러(16)가 제공될 수 있다. 따라서, 상기 회전하는 팬 임펠러(16)는 작동시에 상기 원심 회전자(3)를 통해 크랭크케이스 가스를 인출한다. 상기 세정된 크랭크케이스 가스는 가스 출구(13, 13', 13")를 통해 상기 회전자(3)의 출구 챔버(11)에서 나가게 된다.
본 발명은 기재된 실시예들에 한정되지 않으며 후술될 청구범위 내에서 변경 및 변형될 수 있다. 기재된 실시예들에서, 상기 원심 회전자가 공간에서 수평으로 배치되지만, 상기 원심 회전자는 공간에서 수직으로 배치될 수도 있다. 따라서, 상기 원심 회전자는, 예를 들어 상기 벽에서 회전자 샤프트와 베어링 유닛을 통해 또는 상기 공간의 외측에 위치된 회전자 샤프트와 모터를 통해 상기 밸브 커버에 달리도록 마련될 수 있다. 또한, 상기 원추대형 분리 디스크는 가스 출구를 (도면에 도시된 바와 같이) 향하거나 또는 상기 가스 출구로부터 멀어지게 향하도록 분리 디스크의 내측이 배향될 수 있다. 상기 원추대형 분리 디스크가 가스 출구로부터 멀어지게 향하면, 상기 중앙 출구 챔버가 원심 회전자로부터 세정된 가스를 배출하기 위하여 상기 가스 출구와 연통할 수 있도록 상기 제1 단부벽(8)에는 제1 단부벽을 관통하게 복수의 구멍이 대신 제공될 것이다.

Claims (20)

  1. 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치(1)로서, 상기 장치(1)는 고체나 액체 입자의 형태로 가스에 부유된 오염물질로부터 가스를 세정하기 위한 원심 분리기(2)를 포함하고,
    상기 원심 분리기(2)는,
    - 구동 장치(19, 19')에 의해 회전 축(R)을 중심으로 회전가능하며 가스가 회전하도록 마련되는 원심 회전자(3)로서, 상기 원심 회전자(3)는 공통 간격으로 배치된 적층의 원추대형 분리 디스크(6)를 포함하여 상기 분리 디스크가 그들 사이에서 상기 가스가 통과할 중간 공간(7)의 범위를 정하는, 원심 회전자(3);
    - 상기 적층의 분리 디스크 내에서 중심에 배치되며 상기 중간 공간(7)과 연통하는 출구 챔버(11)로서, 이에 의하여 오염된 가스가 회전하도록 야기되어 상기 적층의 분리 디스크(6) 외측으로부터 반경방향으로 그리고 중앙 출구 챔버(11)를 향해 상기 중간 공간(7)으로 안내되는 방식으로 상기 원심 회전자(3)가 역류 분리를 위해 구성되는, 출구 챔버(11); 및
    - 상기 출구 챔버(11)와 연통하며 상기 원심 회전자(3)로부터 세정된 가스를 안내하도록 마련되는 가스 출구(13, 13', 13")를 포함하는,
    연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치에 있어서,
    상기 원심 회전자(3) 상에서 적층의 분리 디스크(6)는 상기 엔진 내에 형성되며 상기 오염된 가스를 수용하도록 마련되는 공간(4, 4')에서 회전을 위해 배치되고, 상기 분리 디스크 사이의 중간 공간(7)은 상기 공간(4, 4')과 직접 연통하고, 상기 가스 출구(13, 13', 13")는 공간의 범위를 정하는 벽(5, 5')을 통해 상기 공간(4, 4')으로부터 외부로 세정된 가스를 안내하도록 마련되는 것을 특징으로 하는,
    연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 장치(19, 19')는 상기 원심 회전자의 속도가 엔진의 속도에 대하여 가변적이도록 마련되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구동 장치는 모터(19, 19')인 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 장치(19)는 공간(4, 4')의 외측에 위치되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽(5, 5')에서 원심 회전자(3)를 회전가능하게 지지하기 위하여 상기 공간의 범위를 정하는 벽(5, 5')에 베어링 유닛(20a, 20a', 20b, 21, 21a)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 공간(4, 4')에 추가적인 베어링 유닛(20b', 21b)이 제공되고, 상기 베어링 유닛(20a', 20b', 21a, 21b)은 상기 적층의 분리 디스크(6)의 각 측에서 원심 회전자를 회전가능하게 지지하기 위하여 마련되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  7. 제4항 및 제5항에 있어서, 상기 원심 회전자(3)는 공간의 범위를 정하는 벽(5, 5')에서 샤프트 관통을 통해 연장되는 회전자 샤프트(10)를 통해 상기 구동 장치(19)에 구동되게 연결되고, 상기 샤프트 관통에는 상기 벽(5, 5')의 베어링 유닛(20a, 20a', 20b, 21, 21a)이 구성되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 원심 회전자(3)는 상기 벽(5, 5')의 베어링 유닛(20a, 20a', 20b, 21, 21a)에서만 회전가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 출구(13)는 적층의 분리 디스크에 위치되며 상기 벽(5)에서 베어링 유닛(20a, 20b, 21)에 대하여 원위방향으로 배치되는 축방향 단부벽(9)을 통해 상기 출구 챔버(11)와 연통하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  10. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 출구(13', 13")는 적층의 분리 디스크에 위치되며 상기 벽(5, 5')에서 베어링 유닛(20a', 21a)에 대하여 근위방향으로 배치되는 축방향 단부벽(9)을 통해 상기 출구 챔버(11)와 연통하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가스 출구(13', 13")는 벽(5, 5')에서 베어링 유닛(20a', 21a)을 둘러싸며 상기 공간의 범위를 정하는 벽(5, 5')에 연결되는 관형 요소(15b)의 형태를 갖고, 상기 가스 출구는 출구 덕트(18a)를 형성하고, 이 출구 덕트(18a)에서, 상기 출구 덕트(18a)의 베어링 지지부(21a)를 지나 세정된 가스가 안내될 수 있는 방식으로 베어링 유닛(20a', 21a)의 베어링 지지부(21a)가 마련되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  12. 제3항에 있어서, 상기 모터는 전기 모터(19)인 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  13. 제3항에 있어서, 상기 모터는 작동시에 상기 연소 엔진에 의해 가압되는 유체에 의해 상기 원심 회전자(3)를 회전시키도록 마련되는 유압 모터(19') 또는 공압 모터인 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 모터는 공간(4, 4')에 배치되며 상기 원심 회전자(3)에 연결되는 터빈(19')을 포함하고, 상기 모터는 터빈 휠과 이에 따른 원심 회전자(3)가 회전하게 하기 위하여 상기 공간(4, 4')에 위치되며 상기 터빈(19')을 향하는 오리피스에 상기 가압된 유체를 공급하기 위한 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 가압된 유체는 연소 엔진용 윤활유인 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 분리기(2)는 적층의 분리 디스크(6)의 하류에 위치되며 상기 원심 회전자(3)를 통한 가스 흐름과 연관된 압력 강하에 대해 보상하도록 구성되는 팬(16, 17)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 팬은 가스 출구(13, 13")에 마련되고, 상기 가스 출구에는 회전자 샤프트(10)에 배치되는 팬 임펠러(16)를 둘러싸는 팬 하우징(17)이 제공되고, 상기 회전자 샤프트(10)는 원심 회전자(3)에 속하며 상기 팬 하우징(17) 내로 연장되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연소 엔진 내에 형성된 공간(4)은 밸브 커버, 타이밍 체인 케이스, 또는 플라이휠 하우징과 같은 엔진의 커버(5)에 의해 범위가 정해지는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염된 가스는 연소 엔진의 크랭크케이스(5')로부터 통기되는 크랭크케이스 가스인 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 연소 엔진 내에 형성된 공간(4)은 엔진의 크랭크케이스(5')이거나 또는 엔진 블럭 내에 형성되며 상기 크랭크케이스(5')와 연통하도록 마련되는 공간인 것을 특징으로 하는, 연소 엔진에서의 오염된 가스의 세정용 장치.
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