DE102011121780A1

DE102011121780A1 - Anordnung zur Reinigung und Druckbeaufschlagung eines Gasstroms für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011121780A1
Application number: DE102011121780A
Authority: DE
Inventors: Günther Kissel; Stefan Krug; Volker Dr. Greif; Jens Gutekunst
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: DE102011121780B4

Abstract

Eine Anordnung (3) zur Reinigung und Druckbeaufschlagung eines Gasstromes für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Zyklonfilter (4), einem stromabwärts des Zyklonfilters (4) angeordneten Siebfilter (5), einer stromabwärts des Siebfilters (5) angeordneten Verdichtereinrichtung (6) und einem stromabwärts der Verdichtereinrichtung (6) angeordneten Feinfilter (7).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Reinigung und Druckbeaufschlagung eines Gasstroms für eine Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Verdichtereinrichtungen im Ansaugtrakt von Brennkraftmaschinen sind bekannt. Beispielsweise umfassen Turbolader eine solche Verdichtereinrichtung. Die Verdichtereinrichtung weist üblicherweise eine Vielzahl von Schaufeln auf, welche angesaugte Luft komprimieren. Um eine Beschädigung der Schaufeln zu vermeiden, muss die Luft stromaufwärts der Verdichtereinrichtung gefiltert werden.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ansatz bereitzustellen, um eine Verdichtereinrichtung stromaufwärts einer Brennkraftmaschine zuverlässig vor Staub und anderen Feststoffpartikeln zu schützen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung zur Reinigung und Druckbeaufschlagung eines Gasstroms für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Die Anordnung umfasst einen Zyklonfilter, einen stromabwärts des Zyklonfilters angeordneten Siebfilter, eine stromabwärts des Siebfilters angeordnete Verdichtereinrichtung und einen stromabwärts der Verdichtereinrichtung angeordneten Feinfilter.
Mittels des Zyklonfilters kann bereits ein Großteil der Feststoffpartikel aus dem Gas herausgefiltert werden. Jedoch lässt es sich bei solchen Zyklonfiltern nie vermeiden, dass eine geringe Anzahl von Feststoffpartikeln den Zyklonfilter passiert. Feststoffpartikel, welche eine Größe aufweisen, die die Verdichtereinrichtung schädigen könnten, werden daher mittels des Siebfilters herausgefiltert. Siebfilter zeichnen sich dadurch aus, dass sie – im Unterschied zu Zyklonfiltern – Feststoffpartikel oberhalb einer bestimmten Größe bzw. eines bestimmten Durchmessers zu 100% herausfiltern. Somit kann die Verdichtereinrichtung zuverlässig geschützt werden. Dadurch, dass der Feinfilter stromabwärts der Verdichtereinrichtung angeordnet ist, sind die Strömungsgeschwindigkeiten des Gasstroms, weil verdichtet, in dem Feinfilter geringer. Der Feinfilter kann daher engmaschig vorgesehen sein, so dass ein hoher Reinheitsgrad des Gasstroms erreicht wird, welcher daraufhin der Brennkraftmaschine zugeführt wird, ohne dadurch den Strömungswiderstand für den Gasstrom übermäßig zu erhöhen.
Der Siebfilter kann als Gewebe, Gelege, Geflecht und/oder Vlies ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Siebfilter als Metallstruktur beispielsweise in Form eines Gitters ausgebildet. Alternativ kann der Siebfilter auch als gefalteter Filter, beispielsweise mit einer W-Faltung, gebildet sein. Vorzugsweise ist der Siebfilter mit seiner Haupterstreckungsebene senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet.
Das Gewebe kann aus Metall, insbesondere Stahl, Edelstahl, Bronze und/oder Messing, oder Kunststoff, insbesondere Polyethylen, Polyvinylsulfid und/oder Polyethersulfon, gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Siebfilter für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 100 μm durchlässig und filtert Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 100 μm heraus. Bevorzugt ist der Siebfilter für Feststoffpartikel in dem Gasstromstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 150 μm durchlässig und filtert Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 150 μm heraus. Weiter bevorzugt ist der Siebfilter für Feststoffpartikel in dem Gasstromstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 200 μm durchlässig und filtert Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 200 μm heraus. Dadurch wird sichergestellt, dass der Siebfilter lediglich große Feststoffpartikel, welche der Verdichtereinrichtung schaden könnten, herausgefiltert. Da die Strömungsgeschwindigkeiten des Gasstromes vor der Verdichtereinrichtung hoch sind, hat es sich im Hinblick auf einen niedrigen Strömungswiderstand der Anordnung günstig erwiesen, den Siebfilter relativ „großmaschig” vorzusehen und eben nur die Feststoffpartikel herauszufiltern, welche aufgrund ihrer Größe, der Verdichtereinrichtung Schaden zufügen könnten. Kleinere Feststoffpartikel werden dagegen erst von dem Feinfilter herausgefiltert, da in diesem die Stromungsgeschwindigkeiten des Gasstromes geringer sind und daher ein „feinmaschigerer” Feinfilter den entsprechenden Strömungswiderstand in einem geringeren Maße negativ beeinflusst.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Feinfilter für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 10 μm durchlässig und filtert Feststoffpartikel in dem Gasstromstrom mit einem Durchmesser größer 10 μm heraus. Bevorzugt ist der Feinfilter für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 5 μm durchlässig und filtert Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 5 μm heraus. Weiter bevorzugt ist der Feinfilter für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 2 μm durchlässig und filtert Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 2 μm heraus. Dadurch kann die stromabwärts des Feinfilters angeordnete Brennkraftmaschine zuverlässig geschützt werden.
Der Feinfilter kann als ein weiterer Siebfilter ausgebildet werden. Die vorstehenden Ausführungen zu Siebfiltern gelten hier entsprechend. Allerdings wird der Feinfilter bevorzugt als gefalteter Filter beispielsweise aus einem Papiermaterial ausgebildet.
Die Verdichtereinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, den Gasstrom in dem Feinfilter mit einem Druck von 0,5 bis 3 bar, bevorzugt 1 bis 2 bar und weiter bevorzugt 1,5 bis 1,8 bar zu beaufschlagen. Dadurch ergeben sich die gewünschten, niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten in dem Feinfilter.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Zyklonfilter lediglich eine oder lediglich zwei Stufen auf. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mittels der Zyklonfilter nie zu 100% alle Feststoffpartikel herausgefiltert werden können, welche der Verdichtereinrichtung schaden könnten. Daher sind bei dieser Ausführungsform die Zyklonfilterstufen auf das erforderliche Maße reduziert.
Bevorzugt ist der Siebfilter mit einer Einrichtung zum Entfernen von von diesem herausgefilterten Feststoffpartikeln versehen. Dadurch wird ein Verstopfen des Siebfilters oder ein Austauschen desselben vermieden.
Weiterhin wird eine Einheit mit einer Brennkraftmaschine und der erfindungsgemäßen Anordnung vorgeschlagen. Die Anordnung führt dabei der Brennkraftmaschine einen Gasstrom für einen Verbrennungsprozess zu. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich beispielsweise um einen Otto- oder Dieselmotor oder eine Gasturbine handeln. Bei dem Gas handelt es sich insbesondere um Luft.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen oder Ausführungsformen der Anordnung oder der Einheit. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen oder abändern.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt dabei:
1: in einem schematischen Blockdiagramm eine Einheit gemäß einer Ausführungsform;
2: schematisch einen Teilschnitt durch die Anordnung aus 1;
3: einen Ausschnitt III aus 2; und
4: eine Variation gegenüber 3.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt in einer Draufsicht ein Blockdiagramm einer Einheit 1 gemäß einer Ausführungsform.
Die Einheit 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 2 sowie eine Anordnung 3 zur Reinigung und Druckbeaufschlagung eines Gasstroms, welcher der Brennkraftmaschine 2 für einen Verbrennungsprozess zugeführt wird. Beispielsweise handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 2 um einen Dieselmotor und die Anordnung 3 bildet ein Ansaugsystem desselben aus.
Die Anordnung 3 weist einen Zyklonfilter 4, einen stromabwärts des Zyklonfilters 4 angeordneten Siebfilter 5, eine stromabwärts des Siebfilters 5 angeordnete Verdichtereinrichtung 6 und einen stromabwärts der Verdichtereinrichtung angeordneten Feinfilter 7 auf.
Die Strömungsrichtung des Gases, in dem vorliegenden Fall beispielsweise Luft, ist in den Figuren mittels Pfeilen angedeutet. Der Zyklonfilter 4 saugt beispielsweise Umgebungsluft, welche mit Feststoffpartikeln, beispielsweise Staub, verschmutzt ist, an. Der Zyklonfilter 4 filtert anschließend beispielsweise 99% der Feststoffpartikel aus der Luft heraus. Dazu kann der Zyklonfilter 4 den in 2 dargestellten Aufbau aufweisen.
2 zeigt einen Teilschnitt durch die Anordnung 3 aus 1. Der Zyklonfilter 4 besteht lediglich aus zwei Stufen 11, 12. Jede der Stufen 11, 12 kann mehrere Einzelzyklone aufweisen, welche jeweils mit einem Einzelzyklon der anderen Stufe in Reihe geschaltet sind. Die Einzelzyklone der ersten Stufe 11 sind dabei mit 13, die Einzelzyklone der zweiten Stufe 12 mit 14 bezeichnet. Die von dem Zyklonfilter 4 herausgefilterten Feststoffpartikel werden beispielsweise mittels eines in 1 gezeigten Gebläses 15 abgeführt.
Im Anschluss an den Zyklonfilter 4 wird die Luft durch den Siebfilter 5 (siehe 1 und 2) geleitet, wo sie erneut gefiltert wird. Der Siebfilter 5 kann, wie in 3 gezeigt, welche einen vergrößerten Ausschnitt III aus 2 darstellt, als ein Gewebe aus beispielsweise Stahldraht gebildet sein. Die mehreren Einzeldrähte des Gewebes 5 sind jeweils mit 16 bezeichnet. Die Maschenweite des Siebfilters 5 ist derart bemessen, dass dieser für Feststoffpartikel mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 200 μm durchlässig ist und Feststoffpartikel mit einem Durchmesser größer 200 μm aus der Luft herausfiltert. Die herausgefilterten Feststoffpartikel können mittels einer Einrichtung 17 von dem Siebfilter 5 entfernt werden. Beispielsweise kann die Einrichtung 17 einen Auslass 21 umfassen, welcher am Boden 22 eines Strömungskanals 23, in dem der Siebfilter 5 eingebaut ist, angeordnet ist. Aufgrund der Wirkung der Schwerkraft und/oder eines mit 24 bezeichneten Luftstroms werden die herausgefilterten Feststoffpartikel abtransportiert.
Somit gelangen nur Feststoffpartikel mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 200 μm durch den Siebfilter 5 hindurch, welche zu klein sind, um der Verdichtereinrichtung 6 Schaden zuzufügen.
Die dem Siebfilter 5 nachgeordnete Verdichtereinrichtung 6, welche beispielsweise Bestandteil eines Turboladers ist, verdichtet die gefilterte Luft und führt diese dem Feinfilter 7 zu. Die verdichtete Luft weist beispielsweise einen Druck von 1,8 bar auf, wenn sie durch den Feinfilter 7 strömt. Der Feinfilter 7 ist derart beschaffen, dass er Feststoffpartikel, welche einen Durchmesser kleiner oder gleich 2 μm aufweisen, durchlässt und Feststoffpartikel mit einem Durchmesser größer 2 μm herausfiltert. Die somit gefilterte Luft wird der Brennkraftmaschine 2 zugeführt und nimmt in dieser an einem Verbrennungsprozess teil. Die Luft ist dabei derart sauber, dass sie der Brennkraftmaschine 2 keinen Schaden zufügen kann.
Anstelle des in 3 gezeigten Siebfilters 5 in Form eines Gewebes könnte dieser auch, wie in 4 gezeigt, in Form eines gefalteten Filters mit einer W-Faltung ausgebildet sein. Der Filter kann beispielsweise aus Papier hergestellt sein. Darüber hinaus ist es denkbar, den Siebfilter 5 aus einer Mischung eines Metallgewebes und einem gefalteten Filter aus Papier herzustellen.

Claims

Anordnung (3) zur Reinigung und Druckbeaufschlagung eines Gasstroms für eine Brennkraftmaschine (2) mit einem Zyklonfilter (4), einem stromabwärts des Zyklonfilters (4) angeordneten Siebfilter (5), einer stromabwärts des Siebfilters (5) angeordneten Verdichtereinrichtung (6) und einem stromabwärts der Verdichtereinrichtung (6) angeordneten Feinfilter (7).
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Siebfilter (5) ein Gewebe, Gelege, Geflecht und/oder Vlies aufweist.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei das Gewebe, Gelege, Geflecht und/oder Vlies aus Metall, insbesondere Stahl, Edelstahl, Bronze und/oder Messing, oder Kunststoff, insbesondere Polyethylen, Polyvinylsulfid und/oder Polyethersulfon, gebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei der Siebfilter (5) für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 100 μm durchlässig ist und Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 100 μm herausfiltert, wobei bevorzugt der Siebfilter (5) für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 150 μm durchlässig ist und Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 150 μm herausfiltert und weiter bevorzugt der Siebfilter (5) für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 200 μm durchlässig ist und Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 200 μm herausfiltert.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der Feinfilter (7) für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 10 μm durchlässig ist und Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 10 μm herausfiltert, wobei bevorzugt der Feinfilter (7) für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 5 μm durchlässig ist und Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 5 μm herausfiltert und weiter bevorzugt der Feinfilter (7) für Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 2 μm durchlässig ist und Feststoffpartikel in dem Gasstrom mit einem Durchmesser größer 2 μm herausfiltert.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–5, wobei der Feinfilter (7) als ein weiterer Siebfilter ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–6, wobei die Verdichtereinrichtung (6) dazu eingerichtet ist, den Gasstrom in dem Feinfilter (7) mit einem Druck von 0,5 bis 3 bar, bevorzugt 1 bis 2 bar und weiter bevorzugt 1,5 bis 1,8 bar zu beaufschlagen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der Zyklonfilter (4) lediglich eine oder lediglich zwei Stufen (11, 12) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Siebfilter (5) mit einer Einrichtung (17) zum Entfernen von von diesem herausgefilterten Feststoffpartikeln versehen ist.
Einheit (1) mit einer Brennkraftmaschine (2) und einer Anordnung (3) nach einem der Ansprüche 1–9, welche der Brennkraftmaschine (2) einen gereinigten und druckbeaufschlagten Gasstrom für einen Verbrennungsprozess zuführt.