专利名称：用于清洁曲轴箱气体的方法和气体清洁分离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于清洁由内燃机产生的曲轴箱气体中的悬浮于其中的固体和/或液体粒子的方法，使得曲轴箱气体流过不可旋转的外壳并且利用离心转子在其中绕着旋转轴线(R)旋转，而离心转子为了运行在两个沿轴向彼此隔开的轴承位置处轴颈支承于外壳中。
在WO 01/36103中描述了按照这种方式清洁曲轴箱气体的方法。使用具有离心转子的离心分离器，离心转子包括一叠锥形分离盘并且在其两端处轴颈支承于该叠的相应两侧上。离心转子可在固定式外壳中旋转，使得有待于清洁的曲轴箱气体从转子中的中心室通过位于分离盘之间的薄间隙沿径向向外流至固定式外壳中的包围着转子的室中。电机可为适当类型，其在离心转子的一端处联接于离心转子上以便使其在固定式外壳中旋转。
近年来，提出了使用比较高级类型的离心分离器，例如前述的离心分离器来清洁曲轴箱气体。这种类型的离心分离器生产成本比较高，这就要求用于驱动这种离心分离器的装置必须很便宜。因此，用于驱动这种类型的离心分离器的一个出发点为由产生了待清洁曲柄箱气体的燃烧发动机所连续保持的已有能源应当可按照可能最简便的方式来用于驱动。因此，提出在电机轴之一例如曲柄轴或凸轮轴与离心转子之间建立机械联接(例如请看US 5,954,035)。另一种建议是使用电机(例如请看WO 01/36103)。还有一个建议是使用由燃烧发动机产生的压力流体，例如在电机中循环的加压润滑油的一部分，来通过简单的涡轮装置驱动离心转子(例如请看WO 99/56883)。
除了离心转子所用的驱动装置的生产成本之外，在选择驱动装置时还必须考虑其它方面。例如，必须考虑驱动能量如何按照最简便并且成本最低的方式被传送至离心转子。由于这些原因，尤其，今天仍然不清楚哪种类型的驱动装置将在将来被接受用于离心转子以便实现此处所关心的用途，特别是在用于推进交通工具的燃烧发动机方面。
首先，本发明的目的是提供一种利用离心转子清洁曲轴箱气体的新方法，这种方法使得用于驱动离心转子的设备尽可能地成本低廉并且结构紧凑，包括用于将驱动能量从能源传送至离心转子的所需装置，并且这种方法可具有尽可能大的自由度来将离心转子相对于燃烧发动机定位。
根据本发明，这个目的可以通过利用其位于外壳(1)内的也用作电机的转子(19)的部分来引起离心转子(2)旋转来实现，该电机还具有定子(18)，所述定子(18)在外壳(1)内保持不旋转并且被加以电流以便使得离心转子(2)旋转，而离心转子(2)，包括其被用作电机的转子的部分，则在其旋转期间只在所述两个轴承位置处轴颈支承。
根据本发明，使用了一种电机，其并不具有分离的轴承来轴颈支承电机的转子。使用用于离心转子的已有所需轴承来进行这种轴颈支承。由于离心转子用于处理气体，并且因此可基本上完全由非常轻的材料来制成，因而驱动电机可以制成比较小，并且因而其转子也可以制成非常轻。由于这些原因，组合式离心和电机转子就可以制成非常轻，并且其轴颈支承的成本就可以减至最小。
当实践根据本发明的方法时，离心转子并不一定需要形成为使得待清洁的曲轴箱气体必须流过离心转子内的通道。相反，离心转子可设置成在固定式外壳内带动气体旋转，而气体沿轴向通过形成于离心转子与固定式外壳之间的环形空间在一个薄层内流动。
在所述两个轴承位置中的每一个处，轴承应当用于在离心转子旋转期间吸收径向力。如果离心转子设置成绕着垂直旋转轴线旋转，则可能在一个轴承位置处还有一个轴承用于吸收轴向力。也许，可以使用角接触轴承，其适用于吸收径向力及轴向力。
本发明还涉及一种气体清洁分离器，利用其可进行例如上述的清洁曲轴箱气体的方法。这种类型的分离器包括具有未清洁气体进口和已清洁气体出口的不可旋转的外壳、设置于外壳中的离心转子和设置用于使得离心转子绕着旋转轴线旋转的电机，离心转子通过位于沿轴向彼此隔开的仅有的两个轴承位置处的轴承轴颈支承于外壳中，离心转子具有带有分离装置的转子主体，分离装置形成了通过转子主体的若干通路以用于使待清洁的气体流过，并且离心转子设置于外壳中的方式使得所述通路的第一端与所述进口相连通而其相对另一端与所述出口相连通。这种分离器的特征在于电机设置于外壳内并且具有定子和转子，定子由外壳支承，而转子由所述离心转子的部分构成并且只通过所述轴承相对于定子轴颈支承。
所述分离装置可为不同类型。专利DE 48615公开了此类装置的一些实例。因此，分离装置可包括置于绕着离心转子的旋转轴线的环中的若干盘，每个盘既沿轴向延伸，又沿从旋转轴线开始与若干半径相交的方向从所述旋转轴线离开从很小至更大的距离。分离装置替代地可包括单个盘，该盘被绕着所述旋转轴线卷绕成螺旋形以便使得待清洁的气体可沿轴向流过通道，当在垂直于旋转轴线的剖面中观察时，该通道象螺线一样延伸。还可以将离心转子的分离空间中填入纤维，这些纤维在其间形成了通过转子主体的所述通路。然而，优选地，分离装置包括一叠与所述旋转轴线同轴地设置的锥形分离盘。
所述壳体优选地由固定式框架的一部分构成，不可移动地与其相连接。然而，如果证明适当的话，整个外壳可以可转动地悬挂于固定式框架上，以便使得其自由地相对于框架进行钟摆运动。
离心转子在外壳中的轴颈支承可为不同的类型。因此，两个轴承位置可沿轴向位于转子主体的一侧上。然而，在本发明的一个优选实施例中，转子主体在两个轴承位置之间沿轴向设置。在这种情况下，电机的转子优选地位于一侧上而转子主体位于轴承位置之一的另一侧上。
如果需要，所述转子主体的一部分可构成前述的用作电机的转子的离心转子的部分。然后电机的定子可按照更大或更小的半径包围着转子主体的这部分或被转子主体的这部分包围，例如按照为转子主体的最大半径的一半的半径。在一个特定实施例中，转子主体的主要部分可位于两个轴承位置之间，而转子主体的一部分可环绕并沿轴向延伸经过一个轴承位置，并且在并非位于该轴承位置的与转子主体的主要部分相同的一侧的区域中支承着电机的转子。
以上所限定的电机大体上可为任意合适的类型，例如直流电机或交流电机(同步电机或异步电机)。优选地，使用具有包括永久磁铁的转子的同步电机。
在下文中将参看附图
对本发明进行更详细的描述，其中示出了穿过气体清洁分离器的纵向剖面图，利用该气体清洁分离器可以进行根据本发明的清洁曲轴箱气体的工作。
图中的气体分离器具有固定式外壳1，在其中离心转子2可绕着垂直旋转轴线R旋转。离心转子2具有中心轴3和与其连接的转子主体。转子主体包括上锥形端壁4和下锥形端壁5以及沿轴向设置于其间的大量锥形分离盘6。分离盘6适当地由塑料制成，在其一侧上提供了若干紧靠着相邻分离盘并且在分离盘之间形成间隙的间隔构件(未示出)。上端壁4和每个分离盘6在其中心部分处提供有多个绕着旋转轴线R分布的通孔。通过这些孔，分离盘6之间的间隙可以与位于外壳1的上部中的进气室7相连通，该室具有供有待于在分离器中清洁的气体所用的进口8。
在固定式外壳1中，形成有环绕着离心转子2的环形室9，其具有清洁过的气体所用的第一出口10和从气体中分离出来的固体和/或液体粒子所用的第二出口11。
离心转子2在上轴承12和下轴承13中可旋转地悬挂于外壳1上，所述轴承设置成转子主体的每一侧上有一个。上轴承12由帽14支承，帽14通过圆柱形部分包围着离心转子轴3的上端部分，所述上端部分位于上轴承12上方。帽14还具有环形平面部分15，帽14通过其由固定式外壳1中的隔壁16支承。帽的平面环形部分15带有通孔17，进气室7通过通孔17与离心转子2的内部相连通。
在上离心转子轴承12上方，帽14在其内部绕着离心转子轴3的所述端部分支承着属于电机的定子18。属于该电机的转子19由离心转子轴3的端部支承。窄环形狭槽形成于电机定子18和电机转子19之间。用于向电机加以电流的导线20从上方伸入外壳1中并且继续通过帽14进入电机的定子18中。
图中所示的清洁装置按照以下方式工作。
当通过向电机18、19供应电流而将离心转子2保持旋转时，诸如来自内燃机的曲柄箱的曲柄箱气体的受污染气体被供向气体进口8。这种气体继续通过进气室7被传至离心转子2的中心部分，并且由其进入并穿过位于分离盘6之间的间隙。随着离心转子的旋转，就带动气体旋转，由此气体就被通过所述间隙沿径向向外继续抽吸。
当气体在所述间隙中旋转期间，悬浮于气体中的固体或液体粒子就被从其分离。粒子落在分离盘6的内部，并且在此之后在其上方沿径向向外滑动。当粒子和/或液滴已经到达分离盘6的外边缘之外时，它们就被从转子甩出并且击中周围的固定式外壳1的周围壁。粒子沿着该壁继续向下并且通过粒子出口11离开外壳，而没有粒子并且进入绕着离心转子2的室9中的气体就通过其气体出口10离开外壳1。
可以看到，所述的电机不具有其自身的用于使得其转子可旋转地轴颈支承于其定子中的轴承。相反，使用两个轴承12和13来轴颈支承着电机的转子，而离心转子2通过该两个轴承12和13轴颈支承于固定式外壳1中。
在所示的本发明的实施例中，固定式外壳1构成了离心转子以及电机的转子19的固定式支承装置。如果需要，离心转子2及其两个轴承12和13可悬挂于不可旋转但是可动的支承装置上，而该支承装置又由固定式外壳1可动地支承。例如，这种类型的可动式支承装置可通过安放于半球形碗中的半球形体悬挂于外壳1中，而该半球形碗形成于外壳的部分上的朝上的表面上。然后支承装置可相对于固定式外壳进行钟摆运动而不可绕着旋转轴线R相对于其旋转。
离心转子的尽可能多的零件适当地由一些轻型材料如塑料制成。因此，优选地，不仅两个端壁4和5与分离盘6，而且用于将离心转子的这些零件与其中心轴3相连接起来的构件(未示出)都由塑料制成。甚至轴3都可以由塑料制成，例如纤维加强的塑料，但是实践证明有必要用金属来制造轴以便使其具有所需的硬度。
所示的轴承12和13中至少有一个可形成为滑动轴承。
两个轴承12和13用于吸收径向力。适当地，它们中的一个形成为角接触轴承，以便使得其甚至能够吸收所需的轴向力从而支承离心转子2。如果可以的话并且如果两个轴承12和13的成本能够由此显著降低的话，离心转子的中心轴3可以稍微向下延伸并且直接安放于分离的支承件上，前提是在离心转子2旋转时这样会产生很小的摩擦力。在这种类型的设置中，如果其基本上只吸收轴向力的话，则这种类型的吸收轴向力的支承件并不被视作在随后的权利要求中所限定的两个轴承中的一个。
利用控制设备(未示出)，就可以按照适当的方式逐步地或者连续地控制离心转子的旋转速度并且因此控制其清洁效率，因此就实现了对所供气体的所需清洁。
在所示的实例中，用于清洁气体的离心转子2带有常规类型的锥形分离盘6。然而，本发明并不将离心转子精确限定于这种类型，而是可以与用于将气体与悬浮于其中的粒子分离的任何适当的离心转子结合使用。
图中所示类型的电机可替代地设置于在下轴承13下方环绕着轴3的延伸部分。还可以将电机设置于沿轴向介于轴承12、13之一与转子主体本身之间的空间中。也许，可能需要使得电机的转子和定子具有比图中所示更大的直径，以便得到具有所需大小的转矩来驱动离心转子2。如果这样，可以使用上或下离心转子端壁4或5的一部分来作为电机的转子。还可以将电机转子和定子形成为沿轴向彼此相对设置的环形平面或锥形体。甚至可以使用具有盘状圆形转子和形成为沿轴向位于转子两侧上的定子的电机。
权利要求
1.一种用于清洁由内燃机产生的曲轴箱气体中的悬浮于其中的固体和/或液体粒子的方法，使得曲轴箱气体流过不可旋转的外壳(1)并且利用离心转子(2)在其中绕着旋转轴线(R)旋转，而离心转子(2)为了运行在两个沿轴向彼此隔开的轴承位置处轴颈支承于外壳(1)中，其特征在于，利用其位于外壳(1)内的也用作电机的转子(19)的部分来引起离心转子(2)旋转，该电机还具有定子(18)，所述定子(18)在外壳(1)内保持不旋转并且被加以电流以便使得离心转子(2)旋转，而离心转子(2)，包括其被用作电机的转子的部分，则在其旋转期间只在所述两个轴承位置处轴颈支承。
2.根据权利要求1所述的方法，包括使用沿轴向位于两个所述轴承位置的一侧的离心转子(2)的部分来作为电机的转子(19)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括引起离心转子(2)绕着基本上垂直的旋转轴线(R)旋转。
4.一种用于清洁气体中的悬浮于其中的固体和/或液体粒子的气体清洁分离器，包括具有未清洁气体进口(8)和已清洁气体出口(10)的不可旋转的外壳(1)、设置于外壳(1)中的离心转子(2)和设置用于使得离心转子(2)绕着旋转轴线(R)旋转的电机，离心转子(2)通过位于沿轴向彼此隔开的仅有的两个轴承位置处的轴承(12、13)轴颈支承于外壳(1)中，离心转子(2)具有带有分离装置的转子主体(4-6)，分离装置形成了通过转子主体的若干通路以用于使待清洁的气体流过，以及离心转子(2)设置于外壳(1)中的方式使得所述通路的第一端与所述进口(8)相连通而其相对另一端与所述出口(10)相连通，其特征在于，电机设置于外壳(1)内并且具有定子(18)和转子(19)，定子(18)由外壳(1)支承，而转子(19)由所述离心转子(2)的部分构成并且只通过所述轴承(12、13)相对于定子(18)轴颈支承。
5.根据权利要求4所述的气体清洁分离器，其中至少转子主体(4-6)的主要部分在所述两个轴承位置之间沿轴向设置。
6.根据权利要求5所述的气体清洁分离器，其中电机的转子(19)位于一侧上而至少转子主体(4-6)的主要部分位于所述轴承位置之一的另一侧上。
7.根据前述权利要求中任一项所述的气体清洁分离器，其中离心转子(2)绕着基本上垂直的旋转轴线(R)进行轴颈支承以便旋转。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的气体清洁分离器，其中所述分离装置包括一叠与所述旋转轴线(R)同轴地设置的锥形分离盘(6)。
9.使用根据权利要求4-8中任一项所述的气体清洁分离器来分离由内燃机产生的曲轴箱气体中的悬浮于曲轴箱气体中的粒子。
全文摘要
为了清洁由内燃机产生的曲轴箱气体，利用一种离心转子(2)，离心转子(2)通过两个沿轴向隔开的轴承(12、13)轴颈支承于外壳(1)中。利用其也用作电机的转子(19)的部分来引起离心转子(2)旋转。电机具有定子(18)，所其保持不旋转并且被加以电流以便使得离心转子(2)旋转，而离心转子(2)在其旋转期间只在所述两个轴承(12、13)处轴颈支承。
文档编号F01M13/04GK1671952SQ03814916
公开日2005年9月21日 申请日期2003年5月12日 优先权日2002年6月24日
发明者S·塞佩西, I·海尔格伦, R·伊萨克松 申请人:阿尔法拉瓦尔股份有限公司