DE10128790A1 - Ansaugvorrichtung für die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors in einem handgeführten Arbeitsgerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ansaugvorrichtung (1) für die Verbrennungsluft (2) eines Verbrennungsmotors (3) in einem handgeführten Arbeitsgerät (4). Die Ansaugvorrichtung (19) weist ein Filtergehäuse (5) mit einem Luftfilter (6) zur Reinigung der Verbrennungsluft (2) auf. Der Reinraum (8) des Luftfilters (6) ist dabei mit einer Auslaßöffnung (10) des Filtergehäuses (5) fluidisch verbunden, wobei die Auslaßöffnung (10) mit einem Vergaser (7) des Verbrennungsmotors (3) kommuniziert. Zur Abscheidung großer Staubfrachten in der angesaugten Verbrennungsluft (2) ist erfindungsgemäß vorgesehen, einen Fliehkraftabscheider (13) dem Filtergehäuse (5) so vorzulagern, daß ein zentraler Kernstrom (14) des Fliehkraftabscheiders mit geringer Partikeldichte (15) dem Filter (6) zugeführt ist. Ein im Inneren des Fliehkraftabscheiders (13) den zentralen Kernstrom (14) umgebender Mantelstrom (16) mit großer Schmutzfracht wird dabei über die Saugseite (11) eines Gebläses (12), insbesondere eines rückseitenbeschaufelten Kühlluftgebläses (19) des Verbrennungsmotors (3), abgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansaugvorrichtung für die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Die DE 44 35 430 beschreibt eine Ansaugvorrichtung für ei­ nen Verbrennungsmotor eines handgeführten Arbeitsgerätes, nämlich einer Motorsäge, wobei ein Kühlluftgebläse der Mo­ torsäge Luft in ein Luftfiltergehäuse fördert. Der Reinraum des Luftfilters ist mit einem Ansaugkanal eines Vergasers des Verbrennungsmotors verbunden. Über eine Einlaßöffnung in den Schmutzraum des Filtergehäuses wird staubbeladene Umgebungsluft angesaugt, an dem Luftfilter vorbeigeführt und über eine Auslaßöffnung am Filtergehäuse dem Kühlluft­ strom zugeführt. Abhängig von den Umgebungsbedingungen am Einsatzort wird der Luftfilter in extremer Weise mit Staub beaufschlagt. Im Betrieb der Ansaugvorrichtung ergeben sich dabei unterschiedliche Strömungswiderstände des Luftfilters in Abhängigkeit von der Schichtdicke angelagerten Staubes. Der Betrieb des Verbrennungsmotors kann dadurch beeinträch­ tigt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansaugvor­ richtung für die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die auch unter stark schmutzhaltigen Betriebs­ bedingungen einen störungsfreien Betrieb des Verbrennungs­ motors gewährleistet.

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

Um insbesondere bei hohem Staubgehalt in der Umgebungsluft eines handgeführten, motorbetriebenen Arbeitsgerätes ein Zusetzen des Luftfilters zu verhindern, ist dem Filterge­ häuse ein Fliehkraftabscheider vorgeschaltet. Im Betrieb des Fliehkraftabscheiders ergibt sich im Inneren des Flieh­ kraftabscheiders ein zentraler Kernstrom mit geringer Par­ tikeldichte, also eine staubarme Zone mit vorzugsweise Feinstpartikeln und ein den Kernstrom umgebender Mantel­ strom. Der Mantelstrom weist dabei eine größere Partikel­ dichte mit Partikeln größeren mittleren Durchmessers auf. Die zur Abscheidung notwendige Luftströmung in dem Flieh­ kraftabscheider wird dabei durch das Kühlluftgebläse er­ zeugt. Der Kernstrom des Fliehkraftabscheiders wird dem Schmutzraum des Filtergehäuses zugeleitet, während der Man­ telstrom des Fliehkraftabscheiders vorzugsweise über die Saugseite eines Gebläses abgeführt wird. Dadurch ist be­ wirkt, daß staubarme Luft an den Luftfilter ausströmt und sich dieser nicht so schnell mit Staub zusetzen kann. Dies ist bei Trennschleifern, die eine starke Staubentwicklung an den Schleif- und Trennwerkzeugen aufweisen, von großem Vorteil.

Bei einem luftgekühlten Verbrennungsmotor ist zweckmäßig dessen Kühlluftgebläse zur Erzeugung des Luftstromes durch den Fliehkraftabscheider anzuwenden. Vorteilhaft ist dabei das Gebläse ein rückseitenbeschaufeltes Gebläse, wobei das Gebläserad des Kühlluftgebläses auf seiner Rückseite mit Gebläseschaufeln versehen ist. Als Fliehkraftabscheider eignen sich Zyklone, vorzugsweise Axialzyklone oder Turbo­ filter und dergleichen. Axialzyklone und Turbofilter zeich­ nen sich durch ein zylinderförmiges Gehäuse aus, während Zyklone einen konisch sich verjüngenden Gehäuseabschnitt aufweisen. Allen Fliehkraftabscheidern ist gemeinsam, daß sich im Inneren im Betrieb eine rotatorische Bewegung der Luft mit geringen Bahngeschwindigkeiten im Zentrum des Fliehkraftabscheiders und hohen Umfangs- bzw. Bahngeschwin­ digkeiten im Randbereich ergeben.

Es ist zweckmäßig, das Gehäuse des Fliehkraftabscheiders im wesentlichen einstückig mit dem Filtergehäuse auszubilden. Auf diese Weise ergibt sich eine kompakte Bauform der ge­ samten Ansaugvorrichtung. Der Kernstrom wird dabei bevor­ zugt mit einem Tauchrohr entnommen, welches an einem axia­ len Ende des Fliehkraftabscheiders angeordnet ist. Der Man­ telstrom wird tangential aus dem Fliehkraftabscheider ent­ nommen.

Zu Montagezwecken ist es zweckmäßig, das Filtergehäuse aus zwei Teilen, etwa halbschalenförmigen Teilen zu bilden. Die halbschalenförmigen Filtergehäuseteile sind im montierten Zustand des Filtergehäuses verschraubt oder auf andere Art form- oder kraftschlüssig dichtend verbunden. Das Tauchrohr an dem Fliehkraftabscheider ist dabei einstückig mit einem Teil des Filtergehäuses, vorzugsweise mit einem Deckel des Filtergehäuses gebildet. Das zweite Teil des Filtergehäuses ist bevorzugt an einem Flansch des Vergasers des Verbren­ nungsmotors festgelegt.

In einer weiteren Ausführungsform einer Ansaugvorrichtung wird ein Axialzyklon zur Vorreinigung der Verbrennungsluft angewandt. Der Axialzyklon ist aus einem zylinderförmigen Gehäuse gebildet, an dessen erstem axialen Ende eine Leit­ vorrichtung im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Die Leitvorrichtung wird von außerhalb des Axialzyklons mit schmutzbeladener Verbrennungsluft von einem Gebläse ange­ strömt und versetzt die einströmende Verbrennungsluft im Inneren des Gehäuses in eine rotierende Bewegung. Es bildet sich dabei ein zentraler Kernstrom mit geringer Partikel­ dichte und ein den Kernstrom umgebender Mantelstrom mit größerer Partikeldichte als im Kernstrom aus. An einem stromab liegenden axialen zweiten Ende des Axialzyklons ragt ein vorzugsweise zylinderförmiges Tauchrohr axial in das Gehäuse ein. Durch das Tauchrohr wird der Kernstrom dem Schmutzraum des Filtergehäuses zugeführt. Der Mantelstrom strömt radial durch eine Öffnung an dem zweiten axialen Ende des Axialzyklons aus. Der Mantelstrom führt dabei Staub ab, so daß durch den Axialzyklon die Verbrennungsluft von größeren Partikeln gereinigt wird. Die Länge des Axial­ zyklons ist etwa doppelt so groß wie dessen Durchmesser.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend mit allen Merkmalen beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ansaugvorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht eines Fliehkraftabscheiders in Explo­ sionsdarstellung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ansaugvorrich­ tung mit einem Axialzyklon,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Axialzyklons,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Leitvorrichtung.

In Fig. 1 ist in einer schematischen Ansicht eine Ansaug­ vorrichtung 1 für Verbrennungsluft 2 an einem Verbrennungs­ motor 3 eines teilweise dargestellten Arbeitsgerätes 4 ge­ zeigt. Im Betrieb solcher Arbeitsgeräte, insbesondere bei Trennschleifgeräten, wird durch deren Arbeitswerkzeug Schmutz wie Staub oder dgl. erzeugt. Der Schmutz kann aus organischen oder anorganischen Partikeln wie etwa Steinmehl oder Metallspänen gebildet sein.

Die vom Verbrennungsmotor 3 angesaugte Verbrennungsluft 2 muß vor Eintritt in den Brennraum des Verbrennungsmotors 3 gereinigt werden, um Verschleiß zu vermeiden. Hierzu ist der Vergaser 7 mit einer Ansaugvorrichtung 1 versehen, die aus einem Fliehkraftabscheider 13 und einem Filtergehäuse 5 mit einem Luftfilter 6 besteht. Zur Zufuhr von Verbren­ nungsluft in die Ansaugvorrichtung 1 ist ein Gebläse 12 vorgesehen. Zweckmäßig wird als Gebläse 12 ein Kühlluftge­ bläse 18, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein rücksei­ tenbeschaufeltes Radialgebläse 19 genutzt. Von dem rücksei­ tenbeschaufelten Radialgebläse 19 ist ein Lüfterrad 25 ge­ zeigt. Das Lüfterrad 25 ist auf seinen beiden Seiten 26, 27 mit axial und radial sich erstreckenden Gebläseschaufeln 28 versehen. Das Lüfterrad 25 ist dabei auf einem Ende 29 der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 3 festgelegt. Es dient gleichzeitig als Polrad für eine Zündanlage des Verbren­ nungsmotors 3.

Im montierten Zustand des Verbrennungsmotors 3 ist das Lüf­ terrad 25 von einem Gehäusedeckel überdeckt. Im Betrieb des Verbrennungsmotors 3 rotiert das Lüfterrad 25 in Drehrich­ tung 31. Es fördert dabei aus seinem axialen Bereich 32, also der Saugseite 11, Luft in radialer Richtung. Mit Hilfe des nicht gezeigten Gehäusedeckels wird der Kühlluftstrom auf die Kühlrippen 30 des Verbrennungsmotors 3 geleitet.

Ein gekrümmtes Austragsrohr 33 erstreckt sich tangential von dem Fliehkraftabscheider 13 zu einer Saugseite des rückseitenbeschaufelten Gebläses 19. Im Betrieb des Geblä­ ses 19 liegt in dem Austragsrohr 33 Unterdruck an, welcher sich über das Innere des Fliehkraftabscheiders 13 durch ein an einem axialen Ende 34 des Fliehkraftabscheiders 13 mün­ dendes Ansaugrohr 35 fortpflanzt. Der Unterdruck liegt auch an einer Ansaugöffnung 36 des Ansaugrohres 35 an. Verbren­ nungsluft 2 wird aus der Umgebung des Arbeitsgerätes 4 durch die Öffnung 36 zusammen mit in der Luft enthaltenem Staub 37 angesaugt und gelangt durch das Ansaugrohr 35 ins Innere des Fliehkraftabscheiders 13.

In dem von außen betrachtet quaderförmigen, im Inneren zy­ linderförmigen Gehäuse 38 des Fliehkraftabscheiders 13 wird die einströmende Verbrennungsluft 2 in eine Rotationsbewe­ gung versetzt, wobei sich im Zentrum des Fliehkraftabschei­ ders 13 ein Kernstrom 14 und ein den Kernstrom 14 radial umgebender Mantelstrom 16 ausbildet. Der Kernstrom 14 weist eine im Vergleich zum Mantelstrom 16 geringere Partikel­ dichte 15 auf als die Partikeldichte 17 des Mantelstroms 16. Zudem sind die mittleren Durchmesser der Partikel im Kernstrom kleiner, insbesondere wesentlich kleiner als die mittleren Durchmesser der Partikel in dem Mantelstrom 16. Der Mantelstrom 16 wird, wie dies auch die Fig. 2 in einer schematischen Ansicht eines Fliehkraftabscheiders 13 zeigt, tangential über das Austragsrohr 33 dem Gebläse 19 zuge­ führt. Damit wird die Hauptmasse des durch die Öffnung 36 des Ansaugrohres 35 gelangenden Staubes nach Durchlaufen einer Teillänge des Gehäuses 38 des Fliehkraftabscheiders 13 wieder aus dem Fliehkraftabscheider 13 entfernt. Der Kernstrom 14 bewegt sich im Inneren des Fliehkraftabschei­ ders 13 rotatorisch und axial durch ein dem axialen Ende 34 gegenüberliegendes axiales Ende 39 des Gehäuses 38 des Fliehkraftabscheiders 13 und wird dem Luftfilter 6 zuge­ führt.

Das Filtergehäuse 5 ist in dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel zweiteilig, nämlich aus einem halbschalenförmigen, im Grundriß etwa quadratischen Unterteil 22 und einem im Grundriß etwa gleich großen halbschalenförmigen Deckel 24 gebildet. An dem Deckel 24 ist eine fluidische Verbindung 41 zu dem Fliehkraftabscheider 13 einstückig angeformt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist diese flui­ dische Verbindung 41 als Tauchrohr für den in Fig. 2 ge­ zeigten Fliehkraftabscheider 13 gebildet. Das Tauchrohr dient zur Entnahme des Kernstromes 14 des Fliehkraftab­ scheiders 13 und zur Zufuhr des Kernstromes 14 in einen Schmutzraum 42 des Luftfilters 6. Die Entnahme des Kern­ stromes 14 aus dem Fliehkraftabscheider 13 erfolgt dabei aufgrund der Ansaugwirkung des Verbrennungsmotors 3 beim Ansaugen von Kraftstoff-Luftgemisch über den Vergaser 7 in ein Kurbelgehäuse bzw. in einen Brennraum des Verbrennungs­ motors 3.

Die Fig. 2 zeigt in einer Explosionsdarstellung einen Fliehkraftabscheider 13. Am axialen Ende 39 des Gehäuses 38 ist das Tauchrohr 21 zu erkennen, welches in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer axialen Länge von etwa 1/8 bis 1/10 der axialen Länge des Gehäuses 38 des Fliehkraft­ abscheiders in dieses einragt. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Fliehkraftabscheider liegt das Austragsrohr 33 in unmittelbarer Nähe des Tauchrohres 21 tangential zu die­ sem und mündet in den Ringraum zwischen Tauchrohr 21 und Gehäuse.

Die Komponenten der Ansaugvorrichtung 1 wie das Ansaugrohr 35, das Gehäuse 38 des Fliehkraftabscheiders 13 sowie die Teile 23 und 22 des Filtergehäuses 5 und das Austragsrohr 33 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff. Anstelle des in Fig. 1 gezeigten zweiteiligen Filtergehäuses, dessen Teile 22 und 23 dichtend miteinander verschraubt oder vernietet sind, kann es zweckmäßig sein, das Filtergehäuse 5 und Teile des Gehäuses 38 des Fliehkraftabscheiders 13 einstüc­ kig auszubilden. Anstelle des in dem Ausführungsbeispiel angewandten Zyklons können als Fliehkraftabscheider 13 auch Axialzyklone oder Turbofilter zum Einsatz gelangen. Es kann zweckmäßig sein, mehrere Fliehkraftabscheider parallel oder in Reihe geschaltet dem Filtergehäuse 5 vorzuschalten. Auf diese Weise läßt sich eine hohe Staubfracht in der ange­ saugten Verbrennungsluft 2 über das Gebläse 19 abscheiden, bevor die Verbrennungsluft dem Luftfilter 6 zugeführt ist.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Ansicht eine weitere Ansaugvorrichtung 1 für die Verbrennungsluft 2 eines Verbrennungsmotors. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Ansaugvorrichtung ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ein Axialzyklon 20 angewandt. Der Axialzyklon 20 ist aus einem zylinderförmigen Gehäuse 38 gebildet, dessen axiale Länge 43 etwa doppelt so groß wie dessen Durchmesser 44 ist. Der Axialzyklon 20 hat eine Länge 43 von etwa 80 mm und einen Durchmesser von etwa 30 mm auf. Das Gehäuse 38 besteht dabei aus einem Kunststoff, vorzugsweise einem thermoplastischen Kunststoff.

Das als Radialgebläse ausgebildete Gebläse 12 fördert Ver­ brennungsluft 2 zusammen mit Schmutz 37 an ein erstes axi­ ales Ende 45 des Axialzyklons 20. An dem axialen Ende 45 des Gehäuses 38 ist im Inneren des Gehäuses 38 eine Leit­ vorrichtung 46 (Fig. 5) in Form eines Axialgebläserades 47 festgelegt. Das Axialgebläserad 47 überspannt dabei im we­ sentlichen den lichten Querschnitt des Gehäuses 38. Das Ge­ bläserad 47, welches in Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt ist, versetzt mit seinen sechs in einem An­ stellwinkel von etwa 30° an dessen Nabe 48 angeordneten Flügeln 49 die Verbrennungsluft 2 im Inneren des Gehäuses 38 in Rotation. Es bildet sich dabei ein Mantelstrom 16 mit wesentlichen Anteilen des Staubes 37 aus. Der Mantelstrom 16 umgibt den Kernstrom 14 im Zentrum 50 des Gehäuses 38.

Die Partikeldichte 17 des Mantelstroms 16 ist größer, vor­ zugsweise wesentlich größer als die Partikeldichte 15 des Kernstroms 14, so wie zu dem in Fig. 2 gezeigten Flieh­ kraftabscheider 13 beschrieben. Das Tauchrohr 21 ragt an dem dem axialen Ende 45 gegenüberliegenden axialen Ende 51 des Gehäuses 38 in das Innere des Gehäuses ein. Das Gehäuse 38 schließt dabei an seinem axialen Ende 51 dichtend an der Außenwand 53 des Tauchrohrs 21 ab. Das Tauchrohr 21 hat ei­ nen Durchmesser 44, der es erlaubt, den Kernstrom 14 im In­ neren des Gehäuses 38 in seiner radialen Erstreckung zu er­ fassen und aus dem Axialzyklon 20 abzuleiten. Der Kernstrom 20 wird anschließend schmutzraumseitig in das Filtergehäuse 5, wie in Fig. 1 gezeigt, dem Luftfilter 6 zugeführt.

Im Bereich der axialen Erstreckung des Tauchrohres 21 im Inneren des Gehäuses 38 ist eine radial und tangential ge­ führte, vorzugsweise zylindrische Öffnung 52 im Gehäuse vorgesehen. Die Öffnung 52 hat in dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel des Axialzyklons 20 einen etwa sieben­ fach kleineren Durchmesser als der Durchmesser 44 des Ge­ häuses 38. Die Öffnung 44 dient zur Ableitung des in dem Mantelstrom 16 enthaltenen Staubes 37 aus dem Axialzyklon 20 und von dem handgeführten Arbeitsgerät weg. Somit ist durch die in Fig. 3 teilweise dargestellte Ansaugvorrich­ tung 1 für Verbrennungsluft 2 durch das Gebläse 12 in axia­ ler Richtung zu dem Axialzyklon 20 Verbrennungsluft 2 mit Staub 37 zugeführt und in axialer Richtung zu dem Axialzy­ klon 20 vorgereinigte Verbrennungsluft 2 auf den Luftfilter 6 geführt.

Claims (10)

1. Ansaugvorrichtung für die Verbrennungsluft (2) eines Verbrennungsmotors (3), insbesondere für den Verbren­ nungsmotor in einem handgeführten Arbeitsgerät (4) wie einem Trennschleifer, einer Motorkettensäge oder dgl., mit einem Filtergehäuse (5), welches einen Luftfilter (6) zur Reinigung der Verbrennungsluft (2) aufweist, wo­ bei ein Vergaser (7) des Verbrennungsmotors (3) flui­ disch mit dem Reinraum (8) des Filtergehäuses (5) ver­ bunden ist, und mit einer Einlaßöffnung (9) in den Schmutzraum (42) des Filtergehäuses (5) sowie einem Ge­ bläse (12) zur Zufuhr von Verbrennungsluft (2) in das Filtergehäuse (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugvorrichtung (1) einen Fliehkraftabscheider (13) umfaßt, der den Strom der Verbrennungsluft (2) in einen zentralen Kernstrom (14) mit geringer Partikeldichte (15) und einen den Kernstrom (14) umgebenden Mantelstrom (16) mit größerer Partikeldichte (17) als im Kernstrom (14) aufteilt, wo­ bei im wesentlichen der Kernstrom (14) dem Schmutzraum (42) des Filtergehäuses (5)zugeführt und der Mantelstrom (16) abgeführt wird.

2. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelstrom (16) über ein Gebläse (12), vorzugsweise ein Kühlluftgebläse (18) des Verbrennungsmotors (3) abgeführt ist.

3. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlluftgebläse (18) ein rückseitenbeschaufeltes Gebläse (19) ist.

4. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (13) ein Zyklon, insbesondere ein Axialzyklon oder ein Turbofilter ist.

5. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (13) im wesentlichen einstückig mit dem Filtergehäuse (5) ausgebildet ist.

6. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kernstrom (14) über ein Tauchrohr (21) dem Fliehkraftabscheider (13) entnommen ist.

7. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergehäuse (5) aus zwei Teilen (22, 23) gebildet ist, wobei das Tauchrohr (21) einstückig mit einem Teil (22) des Filtergehäuses (5) ausgebildet ist.

8. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (21) einstüc­ kig mit einem dem Vergaser (7) abgewandten Deckel (24) des Filtergehäuses (5) ausgebildet ist.

9. Ansaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (13) ein Axialzyklon (20) ist, der von dem Gebläse (12), vorzugsweise dem Kühlluftgebläse des Verbrennungsmotors axial mit Verbrennungsluft (2) angeströmt ist.

10. Ansaugvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (43) des Axialzy­ klons (20) etwa doppelt so groß wie dessen Durchmesser (44) ist.