曲轴箱气体分离器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于从在内燃机的操作期间产生的曲轴箱气体中除去污染物的气体分离器(1)，其中曲轴箱气体分离器(1)包括具有多个分离盘(7)的离心转子(2)，以用于从曲轴箱气体分离污染物，该离心转子(2)布置在静止转子壳体(4)内部，静止转子壳体(4)具有用于将曲轴箱气体传导到离心转子(2)的气体入口(5)和将清洁的曲轴箱气体从离心转子(2)中排放出的气体出口(10)，以及电动马达(20)，该电动马达(20)布置成用于使离心转子(2)围绕旋转轴线(R)旋转，其特征在于，齿轮装置(17)布置在电动马达(20)与离心转子(2)之间，该齿轮装置(17)具有布置成用以相对于电动马达(20)增大离心转子(2)的旋转速度的齿轮比。
【专利说明】曲轴箱气体分离器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于从在内燃机的操作期间产生的曲轴箱气体中除去油雾和灰粒形式的污染物的曲轴箱气体分离器。曲轴箱气体分离器包括具有用于从曲轴箱气体分离污染物的多个分离盘的离心转子，该离心转子布置在静止转子壳体内部，静止转子壳体具有用于将曲轴箱气体传导到离心转子的气体入口和用于将清洁的曲轴箱气体从离心转子中排出的气体出口，以及电动马达，该电动马达布置成用于使离心转子围绕旋转轴线旋转。
【背景技术】
[0002]在曲轴箱气体清洁的【技术领域】内存在显著的发展。日益严苛的环境法规推动了用于从曲轴箱气体中除去油雾和灰粒形式的污染物的极其有效的分离器的发展。目前，最有效的曲轴箱气体分离器包括具有用于从曲轴箱气体分离污染物的分离盘堆叠的离心转子。
[0003]存在驱动该离心转子的若干方式。现今市场上的分离器(本 申请人:的Alfdex?分离器)中，离心转子可液压地或电力地驱动。
[0004]液压驱动件包括连接到离心转子上的油涡轮机。将在燃烧发动机中循环的润滑油的一部分传导到引导油射流的喷嘴以驱动离心转子的涡轮。这种油驱动或液压驱动的分离器的优点在于已从发动机的润滑油泵中获得了过量的油流。其大于足以驱动离心转子的量。此外，油射流生成油雾，离心转子的轴承在整个分离器的使用寿命中都通过该油雾来适当地润滑。最后但并非最不重要的是，液压驱动件既可靠又是成本效益合算的。
[0005]另一个版本的Alfdex?分离器包括具有无刷式电动马达的电力驱动件，该无刷式电动马达具有将离心转子连接到电动马达上的直接驱动机构。该电力驱动件以适应实际需要的清洁效率提供了明显较低的能量消耗。因此，该版本的分离器使得有可能以"按需效率〃操作来控制离心转子的速度。文献EP 1537301 BI和EP 1532352 BI中进一步描述了该技术。
[0006]电力驱动件具有较好的控制能力且需要燃烧发动机的较少的介入，这简化了安装。然而，其与液压版本相比包括相对较高的原始成本。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于通过提供在分离效率方面具有最佳性能的更加成本效益合算的解决方案来解决上述识别到的缺点。
[0008]该目的通过最初限定的曲轴箱气体分离器来实现，其特征在于，齿轮装置布置在电动马达与离心转子之间，其中齿轮装置具有布置成用以相对于电动马达增大离心转子的旋转速度的齿轮比。
[0009]以此方式，有可能使用比所提到的无刷式马达〃更便宜〃或更简单的电动马达。廉价的马达未设计成运行得很快，其为DC或AC马达，或其将快速运行但例如，由于刷磨损、轴承磨损或整体过载的电路而不会持续很久。因此，该马达通常不考虑用于驱动曲轴箱气体分离器的离心转子(例如，在6000rpm至HOOOrpm的离心转子速度下)。所期望的是，尽可能快地驱动离心转子以便实现尽可能高的分离效率。此外，曲轴箱气体分离器的离心转子的尺寸和直径通常很小，其也将允许(且需要)相比较大尺寸和直径的离心转子而言更高的速度。电动马达可借助于齿轮装置来相对较慢地运行，而离心转子以实现曲轴箱气体的有效清洁的此类较高速度来驱动。因此，本发明提供了可能使用较简单的电动马达的成本效益合算的解决方案，同时通过增大离心转子速度的齿轮装置来实现分离效率的最高性倉泛。
[0010]本发明将对适应用于例如客车或轻型运输车辆中的小型发动机的曲轴箱气体分离器尤其有用，但不限于该曲轴箱气体分离器。首先，液压驱动版本将不能够装配在其中的发动机空间中。此外，小型发动机在大多数情况下将不会像在重型商用车辆中那样从发动机的润滑油泵中传送多余的油流。因此，所提到的液压驱动版本在这里甚至不是选项。其次，简单的电动马达的质量足以用于大多数较小的发动机应用(例如，在客车或轻型运输车辆中)。客车的预期寿命为大约3000个操作小时。其可与重型商用车辆(如，卡车和公共汽车)的预计的大约2000个操作小时相比较。
[0011]在本发明的实施例中，电动马达包括刷。刷式马达的寿命在本例中足以在客车的寿命期间维持。刷式马达的优点在于其不需要用于基本运行的电子设备。此外，刷式马达是现今市场上极其常见的电动马达类型，且因此其为成本效益十分合算的备选方案。根据本发明，齿轮比适于使马达足够慢地运行以使得对刷的磨损最小化，同时离心转子以足以实现曲轴箱气体的有效清洁的速度旋转。因此，齿轮装置将使得刷式马达的较低的最高速度成为可能，且因此使刷的磨损最小化。
[0012]在本发明的另一个实施例中，刷构造为可替换的刷单元。以此方式，如果刷磨损或当刷磨损时，可容易地更换刷。从而可仅通过简单地替换刷来延长马达和分离器的总寿命。例如，可替换的刷单元可为构造为盒的碳刷，该盒包含抵靠马达的转子(换向器(commutator))按压(例如,通过弹簧)的碳块。当碳块磨光时，仅以新的碳块来替换该刷单元。
[0013]在本发明的另一个实施例中，分离器构造成用于刷式马达在恒定速度下的基本运行。如之前提到的那样，刷式马达不需要用于基本运行的电子设备。之前提到的无刷式马达(或BLDC)的情况不是这样的。为了运行，BLDC马达需要专门的电子控制器，由于该电子控制器包括以紧凑的方式整体结合在分离器上的耐温电子设备，故其生产较为昂贵。刷式马达将在没有任何电子设备的情况下运行，但则限于基本运行(即，在取决于车辆上连接的电源的电压的速度下)。
[0014]然而，本发明不限于电动马达的基本运行。还有可能的是，通过改变穿过马达施加的电压来控制刷式马达的速度。这可通过包括电子速度控制件(或ESC)的控制单元来实现。在本发明的实施例中，马达连接到此类控制单元上以用于改变马达的旋转速度，且从而改变离心转子在燃烧发动机的维持操作期间的旋转速度。以之前提到的"按需效率"的方式(也在EP 1537301 BI中描述)操作马达从长远来看将不仅节约了能量和成本，而且其还将减少对马达和离心转子的轴承的磨损。
[0015]根据本发明的另一个实施例，齿轮装置包括有齿的齿轮传动机构。例如，其可为正齿轮、螺旋齿轮、锥齿轮或蜗轮。蜗轮对于较低速度的马达将为十分适合的选择，较低速度的马达需要较高的离心转子的齿轮比，以足够快地旋转。此外，蜗轮产生十分紧凑的离心转子-齿轮-马达构造(而正齿轮将给定更长的构造)。还可鉴于用于将分离器装配在车辆中的可用空间而选择齿轮装置。例如，齿轮装置可包括构造成使得离心转子或甚至转子壳体以及电动马达在齿轮装置的公共侧上以并排方式布置的有齿的齿轮。此外，齿轮装置和电动马达可布置在离心分离器的底侧或顶侧。
[0016]此外，齿轮装置可以以较低的成本期望来生产(例如，塑料的齿轮)。此外，不必包括齿轮。例如，其可包括具有不同尺寸的链轮的链传动件或具有不同尺寸的滑轮的带传动件。然而，这些类型的传动机构可为较不适合的，因为它们明显增大了分离器在车辆的发动机隔室内部的已经很有限的空间中的占据面积。齿轮装置可包括连续可变的传动机构(CVT)。以此方式，电动马达在离心转子通过可变的齿轮比逐渐加速到更高速度时可在某一(最佳)速度下运行。
[0017]在本发明的另一实施例中，齿轮比布置成用以在电动马达的旋转速度的2至10倍的范围内增大离心转子的旋转速度。可取决于电动马达的特征来选择齿轮比。例如，刷式马达通常将设计成用以大约在IOOOrpm至4000rpm的范围内运行。在该范围内，齿轮比适合地适于使离心转子在马达速度的大约2-10倍的范围内自旋，以便实现充分的分离效率。大尺寸的离心转子已经可以以5000rpm实现所需的分离效率，而很小尺寸的离心转子可需要18000rpm来达到充分的分离效率。齿轮比优选为以在该范围内的较高配准(register)来构造，如，在电动马达的旋转速度的5-10倍的范围内。例如，如果马达设计成用以以大约IOOOrpm运行，则其将适合于布置具有使得离心转子在马达速度的8_10倍的范围内自旋的齿轮比的齿轮装置(如，蜗轮)。
[0018]在本发明的另一个实施例中，齿轮装置包括界定构造在电动马达与离心转子的转子壳体之间的齿轮室的齿轮壳体。齿轮壳体内部的该齿轮室可布置成用以包含油，以用于润滑齿轮装置的有齿的齿轮传动机构。从而，电动马达轴的任何适合的密封可以以外部灰尘不会透入齿轮壳体内部的齿轮室中和/或润滑油将不会从齿轮壳体中漏出的此类方式来布置。齿轮壳体可布置为附接于转子壳体上的单独的壳体部分或其可与转子壳体整体结合成一件。
[0019]在本发明的另一个实施例中，分离器在离心转子中布置有中心通道，以用于在齿轮壳体内部的齿轮室与离心转子的至少一个轴承之间传送润滑油。以此方式，齿轮装置的润滑油还可用于润滑离心转子的所述轴承。例如，该轴承可位于离心转子相对齿轮壳体的远端处，其中中心通道布置成用以在齿轮壳体内部的齿轮室与所述轴承之间传导油雾。齿轮装置的齿轮在分离器的操作期间将生成或至少可布置成用以生成油雾，其中该油雾通过中心通道传导至所述轴承。
[0020]在本发明的另一个实施例中，齿轮装置布置成用以由包含在曲轴箱气体中的油来润滑。这可通过将曲轴箱气体(包含油雾)的至少一部分传导穿过齿轮装置来实现，或其还可通过将从分离器中分离出的油的至少一部分经由齿轮装置排出而实现。从而，包含在曲轴箱气体中的油在离心分离器的操作期间以连续的方式用于润滑齿轮装置。齿轮装置的齿轮壳体继而可布置有用于分离的油的油入口和用于将油传导回到曲轴箱的油出口。所有的分离的油都可经由齿轮装置的齿轮壳体排出。还有可能的是，分离的油的主要部分通过转子壳体中的油出口直接回到曲轴箱，其中油的剩余部分经由齿轮壳体排出。
[0021]在本发明的实施例中，来自曲轴箱气体的分离的油的至少一部分布置成用以通过离心转子的轴承排出，该离心转子的轴承位于离心转子相对齿轮壳体的近端处，所述轴承以此由通过轴承排出且排到齿轮壳体内部的齿轮室中的分离的油来润滑。
[0022]在本发明的又一个实施例中，离心转子中的中心通道与离心转子的轴承连通，离心转子的轴承位于离心转子相对齿轮壳体的远端处，且其中离心转子仅支承在近端和远端处的轴承中。以此方式，齿轮装置以及离心转子的所有轴承都由来自曲轴箱气体的分离的油来润滑。
[0023]在本发明的另一个实施例中，齿轮壳体以如下方式构造为在转子壳体与电动马达之间的界面(interface)处，即使得电动马达经由齿轮壳体安装到转子壳体上，其中齿轮壳体设有用于电动马达的第一安装表面和用于转子壳体的第二安装表面。以此方式，齿轮壳体以简单的方式将电动马达连接到转子壳体上，以形成单元。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]现在将通过举例方式参照所附示意性附图来描述本发明的实施例，其中图1示出了根据本发明的实施例的曲轴箱气体分离器的纵截面。
【具体实施方式】
[0025]图1公开了根据本发明的实施例的曲轴箱气体分离器I。分离器I包括可围绕旋转轴线R旋转的离心转子2。离心转子2位于静止转子壳体4内部的分离室3中。转子壳体4具有构造成用以将污染的曲轴箱气体传导到离心转子2内部的中心空间6中的气体入口 5。离心转子2包括布置在彼此顶部上的分离盘7的堆叠。分离盘7设有距离部件8以提供轴向空隙9，以用于气体从中心空间6且沿径向向外的通流。距离部件8的高度确定轴向空隙9的尺寸。以空隙9的极为夸张的尺寸示出了仅几个分离盘7。然而，实际上，离心转子2将包括更多的分离盘7，其中在相互相邻的分离盘7之间形成了更小的空隙8。距离部件8通常将构造有用以提供具有大约在0.2mm至0.6mm的范围内的尺寸的空隙9的高度。
[0026]在操作期间，离心转子2将引起曲轴箱气体旋转，以此使主要为油雾形式的污染物由流过在分离盘7之间的细小空隙9的旋转的曲轴箱气体中的离心力分离。空隙9通向包绕离心转子2的分离室3的径向外部部分。清洁的曲轴箱气体排放到分离室3的该外部部分中且通过气体出口 10从曲轴箱气体分离器I中传导出。作用于旋转气体的离心力将引起微粒污染物积淀在分离盘7的表面上。其后，分离的污染物(油)将从离心转子2的分离盘7抛到静止的转子壳体4的内壁上。其后，污染物(油)将沿转子壳体4的内壁向下流到布置成用以与油出口(未示出)连通的环形的收集凹槽11，以用于从分离器I中排放出一部分收集的污染物(油)且回到燃烧发动机的曲轴箱。
[0027]分离盘7安装到离心转子2的转子轴12上。转子轴12具有可旋转地支承在第一轴承单元13中的第一端12a。该第一轴承单元13具有在气体入口 5处连接到转子壳体4上的轴承13a和轴承保持器13b。第一轴承保持器13b为盖型的且布置成穿过气体入口 5。轴承保持器13b设有径向地布置在轴承13a外的气体流动孔口 13c，以用于允许曲轴箱气体从气体入口 5穿入分离盘7的堆叠内部的中心空间6中。此外，第二轴承单元14布置在转子轴12的第二端12b附近。因此，第一轴承单元13和第二轴承单元14布置在分离盘7的堆叠的相对侧上。第二轴承单元14包括布置在隔板15中的轴承14a和轴承保持器14b。
[0028]隔板15将曲轴箱气体分离器I的内部划分成所述分离室3和齿轮装置17的齿轮室16。齿轮室16示为在隔板15下方，且由齿轮壳体18界定。转子壳体4和齿轮壳体18借助于任何适合的紧固件(如，螺钉(未示出))连接到彼此上，其中隔板15布置成夹持在转子壳体4与齿轮壳体18之间。转子轴12延伸穿过隔板15且延伸到齿轮室16中。齿轮装置17包括位于齿轮室16中的正齿轮19形式的有齿的齿轮传动机构。
[0029]齿轮室16布置成用以包含油，以用于润滑正齿轮19。凹槽11中收集的分离的油的一部分布置成用以经由位于离心转子相对齿轮壳体18的近端处的轴承14a排到齿轮室16中。该油通过位于齿轮室16内部且附接于转子轴12的第二端12b处的垫圈部件12c抛入齿轮室16中。这继而将在齿轮室16内部生成油雾，以用于以有效的方式润滑正齿轮19。
[0030]此外，正齿轮的旋转齿轮将通过它们自身在齿轮室16中进一步生成油雾。此外，传导该油雾穿过在转子轴12内部轴向地延伸到位于离心转子相对齿轮壳体18的远端处的轴承13a的中心通道12d。因此，正齿轮19以及轴承13a和14a由从曲轴箱气体中分离的油有效地润滑。此外，齿轮壳体可布置成用以将齿轮室16内部的任何多余的油排放回燃烧发动机的曲轴箱。
[0031]刷式DC电动马达20位于齿轮壳体18下方且借助于螺钉(未示出)附接于齿轮壳体18上。因此，齿轮壳体18以如下方式构造为在转子壳体4与电动马达20之间的界面处，使得经由齿轮壳体18将电动马达20安装到转子壳体4上。因此，齿轮壳体18设有用于电动马达20的第一安装表面18a和用于转子壳体4的第二安装表面18b。
[0032]刷式DC电动马达20布置有构造为盒的可替换的刷单元21。各个盒均包含碳块，借助于抵靠包括换向器22的电动马达的一部分的弹簧来按压该碳块。如果碳块磨光，则仅以新的碳块来替换该刷单元21。
[0033]电力电缆23示为用于向刷式马达20馈送电流。刷单元21构造成用以输送该电流通过换向器22，其继而将电流传导到刷式马达20内部的转子24上的电枢绕组中。此外，定子25示为包绕马达20内部的转子24。定子25包括提供磁场的永磁铁，转子磁场相对于该磁场相互作用以生成转矩和旋转刷式马达20的传动轴26。
[0034]如之前所提到的，有可能通过改变穿过马达施加的电压来控制速度。因此，刷式马达设有包括电子速度控制件(或ESC)的控制单元27。在本发明示出的实施例中，电力电缆23设有用于向控制单元27发送控制信号的器件，以改变穿过转子24施加的电压且从而改变马达20的旋转速度。由控制单元27接收到的控制信号将以之前提到的〃按需效率〃的方式(EP 1537301 BI中也描述了)操作该刷式马达20。这从长远来看既节约了能量又节约了成本，以及减少了对马达20和离心转子2的轴承13a和14a两者的磨损。
[0035]然而，作为备选，刷式马达20可没有布置此类控制单元27。因此，刷式马达20不需要用于基本运行的此类控制单元27，但然后其将受限于取决于通过电力电缆23供应的电源的电压的速度。
[0036]马达20的传动轴26延伸穿过齿轮壳体18，其中正齿轮19的第一齿轮19a连接到传动轴26的端部上。第一齿轮19a相比于连接到转子轴12的第二端12b上的第二齿轮19b具有相对较大的尺寸。因此，正齿轮19提供了齿轮比，该齿轮比相对于电动马达20增大了离心转子2的旋转速度(例如，增大到电动马达的旋转速度的3倍)。这意味着刷式马达20可以以大致比离心转子2更低的速度运行。
[0037]刷式马达20的强度设计成使得其可应付经由齿轮装置19使离心转子20自旋所需的增大的转矩。然而，该转矩需求不像曲轴箱气体分离器的离心转子2那样高，由于其相对较小的尺寸和较轻的重量(例如，具有塑料制成的分离盘7)展现出较低的旋转惯性。
[0038]虽然已经描述和示出了本发明的实施例，但从以上描述中遵循的是，本发明不限于此，而是还可以以在以下权利要求中限定的主题的范围内的其它方式来体现。例如，离心转子2可位于燃烧发动机的一部分(如，阀盖)内部，形成静止转子的壳体4。此外，电动马达可为直流(DC)马达或交流(AC)马达；同步马达或异步马达。例如，极其常见且通常很便宜的马达为异步AC马达，根据本发明，其可用于经由齿轮装置驱动离心转子。此外，该马达可直接连接到车辆的发电机上，以此使发电机的频率将由马达沿用，即，马达速度(以及离心转子速度)将随发电机速度而变化。
【权利要求】
1.一种用于从在内燃机的操作期间产生的曲轴箱气体中除去油雾和灰粒形式的污染物的曲轴箱气体分离器(I)，其中，所述曲轴箱气体分离器(I)包括具有用于从所述曲轴箱气体分离所述污染物的多个分离盘(7)的离心转子(2)，所述离心转子(2)布置在静止转子壳体⑷内部，所述静止转子壳体⑷具有用于将曲轴箱气体传导到所述离心转子⑵中的气体入口(5)和用于将所述清洁的曲轴箱气体从所述离心转子(2)中排放出的气体出口(10)，以及电动马达(20)，所述电动马达(20)布置成用于使所述离心转子(2)围绕旋转轴线(R)旋转，其特征在于，齿轮装置(17)布置在所述电动马达(20)与所述离心转子(2)之间，所述齿轮装置(17)具有布置成用以相对于所述电动马达(20)增大所述离心转子(2)的旋转速度的齿轮比。
2.根据权利要求1所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述电动马达(20)包括刷(21)。
3.根据权利要求2所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述刷构造为可替换的刷单元(21)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述电动马达(20)构造成用于在恒定速度下的基本运行。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述电动马达(20)连接到控制单元(27)，以用于改变所述马达(20)的旋转速度且从而改变在所述燃烧发动机的维持操作期间所述离心转子(2)的旋转速度。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述齿轮装置(17)包括有齿的齿轮传动机构(`19)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述齿轮比布置成用以在所述电动马达(20)的旋转速度的2到10倍范围内增大所述离心转子(2)的旋转速度。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述齿轮装置(17)包括界定齿轮室(16)的齿轮壳体(18)，所述齿轮室(16)构造在所述电动马达(20)与所述离心转子(2)的转子壳体(4)之间。
9.根据权利要求6和8所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述齿轮壳体(18)内部的齿轮室(16)布置成用以包含油，以用于润滑所述有齿的齿轮传动机构(19)。
10.根据权利要求9所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述分离器在所述离心转子⑵中布置有中心通道(12d)，以用于在所述齿轮壳体(18)内部的齿轮室(16)与所述离心转子的至少一个轴承(13a，14a)之间传送所述润滑油。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述齿轮装置(17)布置成用以由包含在所述曲轴箱气体中的所述油来润滑。
12.根据权利要求9和11所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，从所述曲轴箱气体分离的油布置成用以通过所述离心转子(2)的轴承(14a)排出，所述离心转子(2)的轴承(14a)位于离心转子相对所述齿轮壳体(18)的近端(12b)处，以此使所述轴承(14a)由通过所述轴承(14a)排出且排到所述齿轮壳体(18)内部的齿轮室(16)中的所述分离的油来润滑。
13.根据权利要求10和12所述的曲轴箱气体分离器，其特征在于，所述离心转子(2)中的中心通道(12d)与所述离心转子(2)的轴承(13a)连通，所述离心转子(2)的轴承(13a)位于离心转子相对所述齿轮壳体(18)的远端(12a)处，且其中所述离心转子⑵在所述近端(12b)和所述远端(12a)处都仅支承在所述轴承中。
14.根据权利要求8所述的离心分离器，其特征在于，所述齿轮壳体(18)以如下方式构造为在所述转子壳体(4)与所述电动马达(20)之间的界面处，即使得所述电动马达(20)经由所述齿轮壳体(18)安装到所述转子壳体(4)上，其中，所述齿轮壳体设有用于所述电动马达(20)的第一安装表面(18a)和用于`所述转子壳体(4)的第二安装表面(18b)。
【文档编号】B04B9/04GK103874832SQ201280051058
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年10月19日 优先权日:2011年10月20日
【发明者】S.斯泽佩斯 申请人:阿尔法拉瓦尔股份有限公司