DE10128787A1 - Reinigsungsvorrichtung für die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung (1) für die Verbrennungsluft (2) eines Verbrennungsmotors (3) in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einem Trennschleifer. Um insbesondere bei staubbelasteter Umgebungsluft des handgeführten Arbeitsgeräts einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Reinigungsvorrichtung aus einem Filtergehäuse (4) zu bilden, welches einen Luftfilter (5) beinhaltet. Der Luftfilter (5) teilt hierbei das Filtergehäuse (4) in einen Schmutzraum (7) und einen Reinraum (8) auf, wobei die Reinraumseite (8) mit einem Vergaser (9) des Verbrennungsmotors (3) verbunden ist. Zur Minimierung des Staubauftrages auf die schmutzraumseitige Seite des Luftfilters (5) ist vorgesehen, einen Fliehkraftabscheider (11) in dem Filtergehäuse (4) anzuordnen und den Fliehkraftabscheider (11) mit Verbrennungsluft (2), welche unter Druck von einem Kühlluftgebläse (30) über einen Zufuhrkanal (24) dem Fliehkraftabscheider (11) zugeführt ist, zu beaufschlagen. Im Fliehkraftabscheider (11) wird die mit Staub (33) beladene Verbrennungsluft (2) in einem Mantelstrom (14) mit großer Partikeldichte (15) und einen Kernstrom (12) mit geringer Partikeldichte (13) geteilt, wobei der Kernstrom (12) dem Schmutzraum (7) des Filtergehäuses (4) zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung für die Ver­ brennungsluft eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die DE 44 35 430 beschreibt eine Reinigungsvorrichtung für die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors eines handgeführten Arbeitsgerätes, wobei ein Gebläse des handgeführten Arbeitsge­ rätes Luft an einen Luftfilter fördert. Der Luftfilter ist in einem Filtergehäuse untergebracht und teilt das Filtergehäuse in einen Schmutzraum und einen Reinraum, wobei ein Vergaser des Verbrennungsmotors fluidisch mit dem Reinraum des Filter­ gehäuses verbunden ist. In Abhängigkeit von der Schmutzbelas­ tung der Umgebung des handgeführten Arbeitsgeräts kann der Luftfilter extremer mit Staub beaufschlagt werden. Im Betrieb der Reinigungsvorrichtung ergeben sich dadurch zunehmende Strömungswiderstände des Luftfilters in Abhängigkeit von der Schichtdicke des an dem Luftfilter angelagerten Staubes. Der Betrieb des Verbrennungsmotors kann dadurch beeinträchtigt sein. Die Reinigungsvorrichtung bedarf häufiger entsprechender Wartung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reinigungsvor­ richtung für die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die über lange Betriebszeiten einen störungsfreien Betrieb des Verbrennungsmotors gewährleistet.

Die Aufgabe wird mit einer Reinigungsvorrichtung mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Reinigungsvorrichtung mit einem Fliehkraftabscheider versehen, bei dessen Betrieb staubbela­ dene Verbrennungsluft unter Überdruck von dem Gebläse dem Fliehkraftabscheider zugeführt wird. In dem Fliehkraftabschei­ der bildet sich dabei ein zentraler Kernstrom mit geringer Partikeldichte und ein den Kernstrom umgebender Mantelstrom mit größerer Partikeldichte als im Kernstrom aus. Nach axialer Passage des Kernstromes durch den Fliehkraftabscheider wird dabei der Kernstrom in den Schmutzraum des Filtergehäuses aus­ treten, in dem der Fliehkraftabscheider integriert ist.

Das Filtergehäuse weist eine Teilungsebene auf, in welcher es in ein erstes und ein zweites Filtergehäuseteil geteilt ist. Vorteilhaft ist dabei der Fliehkraftabscheider in dem Filter­ gehäuse so angeordnet, daß dieser im wesentlichen in der Tei­ lungsebene des Filtergehäuses geteilt ist. Zu Wartungszwecken und Reinigungszwecken ist auf diese Weise der Fliehkraftab­ scheider beim Öffnen des Luftfilters gleichfalls geöffnet, um Wartungsarbeiten vornehmen zu können.

Zur Vereinfachung der Herstellung des Filtergehäuses und des Fliehkraftabscheiders ist es zweckmäßig, zumindest Teile des Fliehkraftabscheiders eintückig mit dem Filtergehäuse auszu­ bilden. Es kann auch zweckmäßig sein, den Fliehkraftabscheider als separates Bauteil ein- oder mehrteilig auszubilden und formschlüssig trennbar mit dem Filtergehäuse zu verbinden. Be­ vorzugt weist der Fliehkraftabscheider eine Teilungsebene auf, die diesen in Längsrichtung teilt. Die Teilungsebene liegt da­ bei in der Längsachse des Fliehkraftabscheiders oder parallel zu dessen Längsachse.

Die Zufuhr der zu reinigenden Verbrennungsluft von dem Gebläse erfolgt zweckmäßigerweise über einen im ersten Filtergehäuse­ teil ausgeformten Zufuhrkanal zum Fliehkraftabscheider hin. Das zweite Filtergehäuseteil, welches im Betrieb des handge­ führten Arbeitsgerätes dichtend mit dem ersten Filtergehäuse­ teil verbunden ist, nimmt zweckmäßigerweise den Luftfilter und einen Teil des Fliehkraftabscheiders auf. Im Betrieb der Rei­ nigungsvorrichtung wird der sich durch eine geringe Partikel­ dichte auszeichnende Kernstrom in dem Fliehkraftabscheider durch ein an einem ersten axialen Ende des Fliehkraftabschei­ ders angeordneten Tauchrohres entnommen. Der Kernstrom wird dabei über das Tauchrohr im wesentlichen in axialer Richtung aus dem Fliehkraftabscheider abgeführt. Es ist zweckmäßig, das Tauchrohr vollständig an dem ersten Filtergehäuseteil festzu­ legen.

In Abhängigkeit von dem in dem Filtergehäuse zur Verfügung stehenden Bauraum und der gewünschten Strömungsführung des Kernstromes kann es zweckmäßig sein, das Tauchrohr diffusorar­ tig oder trichterförmig zum Schmutzraum des Filtergehäuses zu erweitern. An einem dem ersten axialen Ende gegenüberliegenden zweiten axialen Ende des Fliehkraftabscheiders mündet bevor­ zugt der Zufuhrkanal tangential in den Fliehkraftabscheider. Der Zufuhrkanal ist dabei stromauf über eine Teillänge um den Mantel des Fliehkraftabscheiders geführt. Der Zufuhrkanal ver­ jüngt sich bevorzugt zu dessen Eintrittsöffnung in den Flieh­ kraftabscheider.

Es ist zweckmäßig, den Fliehkraftabscheider als Zyklon oder Axialzyklon auszubilden, wobei auch andere Bauformen von Fliehkraftabscheidern wie beispielsweise Turbofilter anwendbar sind.

Als Gebläse zur Zufuhr ungereinigter Verbrennungsluft in den Fliehkraftabscheider eignet sich bevorzugt ein Kühlluftgebläse des Verbrennungsmotors. Es kann zweckmäßig sein, den Mantel­ strom in den Kühlluftstrom durch das Motorgehäuse abzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend im einzelnen beschrieben. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Teilansicht eines handgeführten Arbeitsgerätes mit einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines ersten Filtergehäuseteils mit Teilen eines Fliehkraftabschei­ ders,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines komplementären Tei­ les zu dem Fliehkraftabscheider in Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Luftfilterdeckels für die Reinigungsvorrichtung.

In Fig. 1 ist in einer perspektivischen Ansicht eine Reini­ gungsvorrichtung 1 für die Verbrennungsluft 2 eines Verbren­ nungsmotors 3 eines teilweise dargestellten handgeführten Ar­ beitsgerätes wie einer Motorkettensäge gezeigt. Bei der Arbeit mit solchen Arbeitsgeräten, insbesondere mit Trennschleifgerä­ ten, werden durch deren Arbeitswerkzeug Schmutzpartikel unter­ schiedlicher Partikelgröße erzeugt. Der Staub kann aus organi­ schen Partikeln wie etwa Holzteilchen oder dgl. oder aus anor­ ganischen Partikeln wie etwa Steinmehl oder Metallspänen ge­ bildet sein. Die dem Verbrennungsmotor 3 aus der Umgebungsluft zugeführte Verbrennungsluft 2 muß vor Eintritt in den Verbren­ nungsmotor 3 gereinigt werden. Zur Reinigung der Verbrennungs­ luft ist die Reinigungsvorrichtung 1 an einem Einlaß des An­ saugabschnittes des Vergasers 9 angeordnet. Die Reinigungsvor­ richtung besteht im wesentlichen aus einem Filtergehäuse 4, in dem ein Luftfilter 5 angeordnet ist. Der Luftfilter 5 teilt das Filtergehäuse 4 in einen Schmutzraum 7 und einen Reinraum 8 auf. Der Vergaser 9 ist fluidisch mit dem Reinraum 8 des Filtergehäuses 4 verbunden. Zur Zufuhr von Verbrennungsluft 2, welche Staub 33 mitführt, ist ein Gebläse 10 vorgesehen. Das Gebläse 10 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ein Kühlluftgebläse 30 des Verbrennungsmotors 3. Das Kühlluft­ gebläse 30 ist als Radialgebläse ausgebildet und fördert mit Hilfe eines Lüfterrades 34 Verbrennungsluft unter Überdruck aus dem Gebläsegehäuse 35 in einen Zufuhrkanal 24 in dem Fil­ tergehäuse 4.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist in dem Ausführungsbeispiel das Filtergehäuse 4 in einer Teilungsebene 16 in ein erstes Filtergehäuseteil 19 und ein zweites Filtergehäuseteil 20 ge­ teilt. Der Zufuhrkanal 24 ist dabei in dem ersten Filtergehäu­ seteil, in welchem auch ein Teil des Fliehkraftabscheiders 11 angeordnet ist, geführt. Das erste Filtergehäuseteil 19 schließt mit dem darin angeordneten Zufuhrkanal 24 dichtend am Gebläsegehäuse 35, insbesondere an dessen tangentialem Auslaß 36 an. Das erste Filtergehäuseteil 19, welches in dem gezeig­ ten Ausführungsbeispiel als einstückig gebildetes Spritzguß­ formteil dargestellt ist, weist ein in Art einer Flachdichtung gebildetes Dichtungselement 37 in der Teilungsebene 16 auf. Das Dichtungselement 37 liegt dabei in einer im Querschnitt U- förmigen Dichtungsnut 38 entlang des Umfangrandes 39 des ers­ ten Filtergehäuseteils 19 und dient zur Abdichtung des zweiten Filtergehäuseteiles 20 (vgl. Fig. 1) an dem ersten Filterge­ häuseteil 19. Das zweite Filtergehäuseteil 20 ist als Luftfil­ terdeckel 29 ausgebildet, der Teil des äußeren Motorgehäuses ist (vgl. Fig. 4).

Wie Fig. 2 zeigt, ist der zylindrische Fliehkraftabscheider 11 etwa in der Teilungsebene 16 des Filtergehäuses 4 längsge­ teilt. Ein erstes Gehäuseteil 40 des Fliehkraftabscheiders 11 ist formschlüssig in das erste Filtergehäuseteil 19 eingebun­ den. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabei der Fliehkraftabscheider 11 als Zyklon 27, insbesondere als Axialzyklon 28 mit annähernd zylinderförmiger Gestalt gebil­ det. Das erste Gehäuseteil 40 des Fliehkraftabscheiders 11, zweckmäßig der ganze Fliehkraftabscheider 11 kann einstückig mit dem Filtergehäuse 4 beispielsweise als Spritzgußformteil gebildet sein. Es kann vorteilhaft sein, den Fliehkraftab­ scheider 11 als separates Bauteil auszubilden und diesen mit dem Filtergehäuse 4 formschlüssig, kraftschlüssig oder auch teilweise stoffschlüssig zu verbinden. Dadurch, daß der in den Fig. 2 und 3 gezeigte Fliehkraftabscheider 11 in einer annä­ hernd mit der Teilungsebene 16 des Filtergehäuses 4 deckungs­ gleichen Teilungsebene 17 längsgeteilt ist, ist eine problem­ lose Reinigung des Fliehkraftabscheiders ermöglicht. Die Tei­ lungsebene 17 liegt dabei bevorzugt in der Längsachse 18 des Fliehkraftabscheiders oder verläuft parallel zur Längsachse 18. Das in Fig. 3 gezeigte zweite Gehäuseteil 41 des Flieh­ kraftabscheiders 11 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel vom zweiten Filtergehäuseteil 20 umgeben. Das zweite Filtergehäu­ seteil 20 umgibt zusätzlich den Luftfilter 5. Am Reinraum 8 des zweiten Filtergehäuseteils 20 schließt ein nicht gezeigter Ansaugabschnitt des Vergasers 9 an.

An einem ersten axialen Ende 22 des Fliehkraftabscheiders 11 ist ein Tauchrohr 21 koaxial zur Längsachse 18 des Axialzy­ klons 28 angeordnet. Das Tauchrohr 21 ist im Inneren des Axi­ alzyklons 28 mit einem zylindrischen Abschnitt 47 ausgebildet, welcher sich zum axialen Ende 22 trichterförmig erweitert. Der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 47 ist dabei etwa halb so groß wie der Durchmesser des Gehäuses des Axialzyklons 28 und erweitert sich durch den trichterförmigen Teil 42 bis auf den Durchmesser des Gehäuses des Axialzyklons 28. Der trichterförmige Teil 42 des Tauchrohrs 21 dient somit mit sei­ nem dem axialen Ende 22 zugewandten Umfangsrand 43 als im Schmutzraum liegender räumlicher Abschluß für den Axialzyklon 28.

An dem dem ersten axialen Ende 22 gegenüberliegenden zweiten axialen Ende 23 des Fliehkraftabscheiders 11 mündet tangential der Zufuhrkanal 24 in den Fliehkraftabscheider 11. In dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist dabei der Zufuhrkanal 24 mit einer Teillänge 25 um den Gehäusemantel 26 des Fliehkraftabscheiders 11 bogenförmig geführt. Die bogen­ förmige Teillänge 25 des Zufuhrkanals 24 verjüngt sich dabei zur Eintrittsöffnung 44 in den Fliehkraftabscheider 11 (vgl. Fig. 2).

Im Betrieb der Reinigungsvorrichtung 1 fördert das Kühlluftge­ bläse 30 in radialer und tangentialer Richtung durch dessen Gebläseschaufeln 45 Verbrennungsluft 2 mit Staubanteilen 33 durch den Auslaß 36 am Gebläsegehäuse 35 in den Zufuhrkanal 24 im ersten Filtergehäuseteil 19. Der tangential in den Flieh­ kraftabscheider 11 mündende Zufuhrkanal 24 bewirkt, daß die in den Fliehkraftabscheider unter Überdruck eintretende Verbren­ nungsluft 2 in einen rotierenden Mantelstrom 14 (vgl. Fig. 1 und 2) umgelenkt wird. Der Mantelstrom 14 weist dabei eine hohe Partikeldichte 15 auf und bewegt sich rotierend und translatorisch vom zweiten axialen Ende 23 zum ersten axialen Ende 22 im Fliehkraftabscheider 11 hin. Durch Zentrifugal­ kräfte werden dabei wesentliche Anteile der gesamten in den Fliehkraftabscheider 11 eingetretenen Staubfracht im Mantel­ strom transportiert. Wie Fig. 2 zeigt, umgibt der Mantelstrom 14 einen Kernstrom 12 im Zentrum des Mantelstroms 14 vollstän­ dig. Der Kernstrom 12 bewegt sich im Fliehkraftabscheider 11 im wesentlichen translatorisch vom axialen Ende 22 zum axialen Ende 23 koaxial zur Längsachse 18 des Fliehkraftabscheiders 11. Der Kernstrom 12 weist dabei eine bedeutend geringere Par­ tikeldichte 13 als der Mantelstrom 14 auf und beinhaltet al­ lenfalls Partikel geringer Masse. Beide Ströme, Mantelstrom 14 und Kernstrom 12 werden getrennt aus dem Fliehkraftabscheider 11 abgeleitet. Zur Ableitung des Kernstroms 12 dient das Tauchrohr 21, welches zusammen mit dem Filtergehäuse 4 dafür sorgt, daß der Kernstrom 12 auf den schmutzraumseitigen Teil des Luftfilters 5 geführt wird. Der Mantelstrom 14 mit wesent­ lichen Anteilen des Staubes 33 wird durch einen Austragsstut­ zen 46 aus dem Fliehkraftabscheider 11 abgeführt. Der Aus­ tragsstutzen 46 ist dabei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem zweiten Gehäuseteil 41 des Fliehkraftab­ scheiders 11 (vgl. Fig. 3) zylinderförmig gebildet. Der Außen­ durchmesser des Austragsstutzens 46 ist dabei etwa dreifach kleiner als der Durchmesser des Gehäuses des Fliehkraftab­ scheiders 11, wobei der Innendurchmesser des Austragsstutzens wiederum etwa ein Drittel seines Außendurchmessers beträgt. Der Austragsstutzen 46 ist in axialer Richtung des Fliehkraft­ abscheiders 11 betrachtet in der Nähe des axialen Endes 23 an­ geordnet und in einem axialen Abschnitt des Fliehkraftabschei­ ders, in welchem sich der zylindrische Teil des Tauchrohrs 21 befindet. Der Mantelstrom 14 ist in dem gezeigten Ausführungs­ beispiel ins Innere 31 des Motorgehäuses (vgl. Fig. 4) abge­ führt. Es kann auch zweckmäßig sein, den Mantelstrom 14 aus dem Motorgehäuse in die Umgebung des handgeführten Arbeitsge­ rätes zu führen oder über das Kühlluftgebläse des Motors abzu­ fördern.

Claims (12)

1. Reinigungsvorrichtung für die Verbrennungsluft (2) eines Verbrennungsmotors (3), insbesondere für den Verbren­ nungsmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät wie einem Trennschleifer, einer Motorkettensäge oder dgl., mit ei­ nem Filtergehäuse (4), welches durch einen Luftfilter (5) zur Reinigung der Verbrennungsluft (2) in einen Schmutz­ raum (7) und einen Reinraum (8) aufgeteilt ist, wobei ein Vergaser (9) des Verbrennungsmotors (3) mit dem Reinraum (8) des Filtergehäuses (4) verbunden ist, und mit einem Gebläse (10) zur Zufuhr von Verbrennungsluft (2) in das Filtergehäuse (4), dadurch gekennzeichnet, daß im Schmutzraum (7) der Reini­ gungsvorrichtung (1) ein Fliehkraftabscheider (11) ange­ ordnet ist, dem von dem Gebläse (10) Verbrennungsluft (2) zugeführt ist, daß die Verbrennungsluft (2) in dem Flieh­ kraftabscheider in einen zentralen Kernstrom (12) mit ge­ ringer Partikeldichte (13) und einen den Kernstrom (12) umgebenden Mantelstrom (14) mit größerer Partikeldichte (15) aufgeteilt wird, wobei der Kernstrom (12) in den Schmutzraum (7) des Filtergehäuses (4) austritt.

2. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (11) geteilt ist und eine Teilungsebene (17) aufweist, die im wesentlichen der Teilungsebene (16) des Filtergehäuses (4) entspricht.

3. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsebene (17) des Fliehkraftabscheiders (11) in dessen Längsachse (18) oder etwa parallel zu dessen Längsachse (18) liegt.

4. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (11) in Teilbereichen einstückig mit dem Filtergehäuse (4) aus­ gebildet ist.

5. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (11) formschlüssig trennbar mit dem Filtergehäuse (4) verbunden ist.

6. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Filtergehäuse­ teil (19) ein Zufuhrkanal (24) für Verbrennungsluft (2) zum Fliehkraftabscheider (11) geführt ist und ein zweites Filtergehäuseteil (20) den Luftfilter (5) und einen Teil des Fliehkraftabscheiders (11) aufnimmt.

7. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernstrom (12) durch ein Tauchrohr (21) an einem ersten axialen Ende (22) dem Fliehkraftabscheider (11) entnommen ist, welches sich trichterförmig in den Schmutzraum (7) des Filtergehäuses (4) erweitert.

8. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (21) an dem ersten Filtergehäuseteil (19) festgelegt ist.

9. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an einem zweiten axialen Ende (23) des Fliehkraftabscheiders (11) der Zufuhrkanal (24) tangential in den Fliehkraftabscheider (11) mündet, wobei der Zufuhrkanal (24) vorteilhaft mit einer Teillänge (25) bei sich verjüngendem Querschnitt um den Mantel (26) des Fliehkraftabscheiders (11) geführt ist.

10. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (11) ein Zyklon (27) ist, vorzugsweise ein Axialzyklon (28) ist.

11. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (10) ein Kühl­ luftgebläse (30) des Verbrennungsmotors (3) ist.

12. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelstrom (14) im Be­ reich des Tauchrohres (21) tangential aus dem Fliehkraft­ abscheider (11) abgeführt, vorzugsweise in den Kühlluft­ strom abgeführt ist.