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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluidstrom. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Luftansauganordnung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Luftansauganordnung einen Zyklonabscheider umfasst. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Brennkraftmaschine und ein Fahrzeug. Ein gattungsgemäßer Zyklonabschneider ist aus der
WO 2012/073 213 A1 bekannt.
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HINTERGRUND
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Ein Zyklonabscheider ist eine Vorrichtung, die Partikel mittels Zyklonabscheidung aus einem Fluidstrom entfernen kann, d. h. einem Fluss von Luft, Gas und/oder Flüssigkeit, ohne Filterelemente zu verwenden. Rotationswirkungen und Schwerkraft werden zum Trennen von Gemischen aus Feststoffen und Fluiden eingesetzt. Ein Zyklonabscheider kann auch zum Abscheiden von Flüssigkeitströpfchen aus einem Gasstrom verwendet werden.
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Zyklonabscheider werden beispielsweise in Luftansauganordnung für Brennkraftmaschinen eingesetzt. Bei solchen Anwendungen wird der Zyklonabscheider gewöhnlich zum Abscheiden von Partikeln aus eintretender Luft angeordnet, bevor die Luft zu einem herkömmlichen Luftfilter geleitet wird, der ein Filterelement umfasst. Ein solches Filterelement umfasst ein Filtermaterial, durch das die Luft geführt wird. Das Filtermedium umfasst ein semipermeables Material, durch das Luft hindurchtreten kann und in dem Partikel oberhalb einer gewissen Größe abgefangen werden. Das Filtermaterial verursacht einen Strömungswiderstand, der einen Druckabfall über dem Filterelement verursacht. Der Strömungswiderstand und der Druckabfall über dem Filterelement nehmen zu, wenn Partikel im Filtermedium abgefangen werden. Daher muss das Filterelement nach einer bestimmten Betriebszeit ersetzt werden.
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In den meisten Anwendungen, einschließlich in einer Anordnung in einer Luftansauganordnung einer Brennkraftmaschine, ist es wünschenswert, dass ein geringer Druckabfall über einem Zyklonabscheider erzielt wird. In Fällen, in denen ein Zyklonabscheider in einer Luftansauganordnung einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, ist ein geringer Druckabfall erwünscht, da ein hoher Druckabfall in der Luftansaugung der Brennkraftmaschine die Kraftstoffwirksamkeit und die Leistung der Maschine reduzieren kann. Ein Druckabfall über einem Zyklonabscheider wird teilweise dadurch verursacht, dass der Zyklonabscheider nach dem Grundsatz des Abscheidens durch Rotationseffekte arbeitet. Das heißt, dass Fluid gewöhnlich gerade in den Zyklonabscheider fließt. Im Zyklonabscheider wird der gerade Fluss in einen Zyklon umgewandelt, der einen Druckabfall über dem Zyklon verursacht.
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Da ein Zyklonabscheider nach dem Grundsatz des Abscheidens durch Rotationseffekte arbeitet, hängt die Abscheideeffizienz des Zyklonabscheiders von der Winkelgeschwindigkeit des Zyklons ab. Eine hohe Winkelgeschwindigkeit des Zyklons verursacht jedoch einen hohen Druckabfall über dem Zyklonabscheider. Umgekehrt verursacht eine hohe Winkelgeschwindigkeit des Zyklons eine geringe Abscheideeffizienz des Zyklonabscheiders.
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Außerdem erfordert der heutige Verbrauchermarkt im Allgemeinen qualitativ hochwertige Produkte, die verschiedene Merkmale und Funktionen umfassen, während für die Produkte Bedingungen für das Fertigen auf kosteneffektive Weise gelten.
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KURZDARSTELLUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bewältigen, oder zumindest Verringern, von zumindest einigen der vorstehend erwähnten Probleme und Nachteile.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Zyklonabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluidstrom gelöst. Der Zyklonabscheider umfasst ein Gehäuse, das eine Einströmöffnung und eine Ausströmöffnung, die entlang einer Achse beabstandet sind, und mindestens eine Leitschaufel umfasst, die im Gehäuse zwischen der Einströmöffnung und der Ausströmöffnung angeordnet ist. Die mindestens eine Leitschaufel erstreckt sich radial zur Achse und ist mit einem Neigungswinkel vorgesehen, um einen Zyklon um die Achse bereitzustellen, wenn Fluid von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung fließt. Jede der mindestens einen Leitschaufeln umfasst einen Schaufelabschnitt, der zwischen einer ersten Position zum Vorsehen eines ersten Neigungswinkel des Schaufelabschnitts und einer zweiten Position zum Vorsehen eines zweiten Neigungswinkels des Schaufelabschnitts beweglich angeordnet ist, wobei der erste Neigungswinkel kleiner als der zweite Neigungswinkel ist. Der Schaufelabschnitt ist in Richtung der ersten Position vorgespannt, und der Schaufelabschnitt ist so konfiguriert, dass er aus der ersten Position in Richtung der zweiten Position durch die Kraft des Fluidstroms bewegt wird, der auf den Schaufelabschnitt einwirkt.
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Da der Schaufelabschnitt in Richtung der ersten Position vorgespannt und so konfiguriert ist, dass er aus der ersten Position in Richtung der zweiten Position durch die Kraft des Fluidstroms beweglich ist, der auf den Schaufelabschnitt einwirkt, ist ein Zyklonabscheider vorgesehen, der den Neigungswinkel des Schaufelabschnitts abhängig von der Durchflussrate von Fluid, das von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung fließt, automatisch anpassen kann. Das heißt, dass bei einer geringen Durchflussrate eine geringe Kraft des Fluidstroms vorliegt, der auf den Schaufelabschnitt einwirkt. Infolgedessen nimmt der Schaufelabschnitt die erste Position ein, in der der Schaufelabschnitt einen kleineren Neigungswinkel aufweist als in der zweiten Position. Aufgrund des kleineren Neigungswinkels unterliegt der Fluidstrom einer höheren Beschleunigung, was eine Winkelgeschwindigkeit des Zyklons verursacht, die höher ist als es sonst der Fall wäre. Somit wird die Abscheideeffizienz des Zyklonabscheiders bei geringeren Durchflussraten von Fluid verbessert, das durch den Zyklonabscheider fließt.
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Wenn die Durchflussrate von Fluid höher ist, wirkt eine höhere Kraft des Fluidstroms auf den Schaufelabschnitt. Infolgedessen wird der Schaufelabschnitt aus der ersten Position in eine Position bewegt, in der der Schaufelabschnitt einen Neigungswinkel aufweist, der größer als der erste Neigungswinkel ist. Aufgrund des höheren Neigungswinkels unterliegt der Fluidstrom einer geringeren Beschleunigungsmenge, was eine Winkelgeschwindigkeit des Zyklons verursacht, die geringer ist als es sonst der Fall wäre. Infolgedessen wird der Druckabfall über dem Zyklonabscheider bei höheren Durchflussraten verringert.
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Entsprechend ist ein Zyklonabscheider vorgesehen, der die Abscheideeffizienz und den Druckabfall abhängig von der Durchflussrate von Fluid anpassen kann, das von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung fließt. Aufgrund des Anpassens der Abscheideeffizienz und des Druckabfalls wird eine beständigere Abscheideeffizienz sowie ein beständigerer Druckabfall bei verschiedenen Durchflussraten von Fluid erzielt, das von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung fließt. Ferner wird das Anpassen der Abscheideeffizienz und des Druckabfalls durchgeführt, ohne dass Steuervorrichtungen, Motoren oder dergleichen verwendet werden müssen, die die Herstellungskosten für den Zyklonabscheider erhöhen würden. Somit ist ein Zyklonabscheider, fähig die Abscheideeffizienz und den Druckabfall anzupassen, vorgesehen, der auf kostengünstige Weise hergestellt werden kann.
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Entsprechend ist ein Zyklonabscheider vorgesehen, der zumindest einige der vorstehend erwähnten Probleme und Nachteile bewältigt oder zumindest verringert. Infolgedessen wird die vorstehend erwähnte Aufgabe gelöst.
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Optional umfasst die mindestens eine Leitschaufel einen ersten Abschnitt mit einem festen Neigungswinkel, und wobei der Schaufelabschnitt der mindestens einen Leitschaufel an einer Hinterkante des ersten Abschnitts angeordnet ist.
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Dadurch fließt Fluid entlang dem ersten Abschnitt und nimmt eine kreisförmige Bewegung an, die einen Zyklon verursacht, und fließt dann entlang dem Schaufelabschnitt, der die Winkelgeschwindigkeit des Zyklons anpasst, und passt dadurch auch die Abscheideeffizienz und den Druckabfall abhängig von der Durchflussrate an. Infolgedessen werden die Abscheideeffizienz und der Druckabfall auf einfache und wirksame Weise angepasst.
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Optional ist der erste Neigungswinkel des Schaufelabschnitts kleiner als der feste Neigungswinkel. Dadurch beschleunigt der Schaufelabschnitt das Fluid, um eine höhere Winkelgeschwindigkeit des Zyklons zu erzielen, um eine höherer Abscheideeffizienz bei geringeren Durchflussraten von Fluid zu erzielen, das von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung fließt.
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Optional ist der zweite Neigungswinkel des Schaufelabschnitts gleich oder größer als der feste Neigungswinkel. Dadurch ist ein Zyklonabscheider vorgesehen, der den Druckabfall über dem Zyklonabscheider bei hohen Durchflussraten von Fluids anpassen kann, das von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung fließt.
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Optional ist der Schaufelabschnitt an der Hinterkante des ersten Abschnitts gelenkig verbunden. Dadurch wird eine einfache und zuverlässige Lösung bereitgestellt, um ein Anpassen der Abscheideeffizienz und des Druckabfalls abhängig von der Durchflussrate von Fluid zu erzielen, das von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung fließt.
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Optional umfasst der Zyklonabscheider ferner mindestens ein Federelement, wobei der Schaufelabschnitt in Richtung der ersten Position durch mindestens ein Federelement vorgespannt ist. Dadurch wird eine einfache und zuverlässige Lösung bereitgestellt, um ein Anpassen der Abscheideeffizienz und des Druckabfalls abhängig von der Durchflussrate von Fluid zu erzielen, das von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung fließt.
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Optional ist der Schaufelabschnitt mittels einer Vorspannkraft, die zum Vorsehen eines Neigungswinkels des Schaufelabschnitts ausgebildet ist, der zu einer im Wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit des Zyklons um die Achse bei verschiedenen Durchflussraten von Fluid von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung führt, in Richtung der ersten Position vorgespannt. Dadurch ist ein Zyklonabscheider vorgesehen, der eine im Wesentlichen konstante Abscheideeffizienz und einen im Wesentlichen konstanten Druckabfall bei verschiedenen Durchflussraten von Fluid von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung erzielen kann.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Luftansauganordnung für eine Brennkraftmaschine gelöst, wobei die Luftansauganordnung zum Führen von Umgebungsluft zur Brennkraftmaschine konfiguriert ist, und wobei die Luftansauganordnung einen Zyklonabscheider gemäß einigen Ausführungsformen umfasst. Die Durchflussrate von Luft, die zu einer Brennkraftmaschine geführt wird, variiert in hohem Maße. Das heißt, dass die Durchflussrate während des Leerlaufs gering ist und die Durchflussrate während Situationen unter hoher Last hoch ist. Da die Luftansauganordnung einen Zyklonabscheider gemäß einigen Ausführungsformen umfasst, ist eine Luftansauganordnung vorgesehen, die die Abscheideeffizienz und den Druckabfall abhängig von der Durchflussrate von Umgebungsluft anpassen kann, die zum Motor geführt wird.
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Dementsprechend ist eine Luftansauganordnung vorgesehen, die eine beständigere Abscheideeffizienz und einen beständigeren Druckabfall bei verschiedenen Durchflussraten von Luft aufweist, die an die Brennkraftmaschine geführt wird.
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Somit ist eine Luftansauganordnung mit einer verbesserten Abscheideeffizienz in Situationen unter geringer Last der Maschine und möglicherweise einem niedrigeren Druckabfall über der Luftansauganordnung in Situationen unter hoher Last der Brennkraftmaschine vorgesehen. Ferner kann, da die Luftansauganordnung mit einer verbesserten Abscheideeffizienz in Situationen unter geringer Last der Maschine vorgesehen ist, die Staubansammlung in einem Filterelement der Luftansauganordnung vermindert werden. Ferner kann die Lebensdauer des Filterelements, d. h. die Betriebszeit, die zur Verfügung steht, bevor das Filterelement ersetzt werden muss, erhöht werden. Darüber hinaus können die Anforderungen an das Filterelement reduziert werden, was bedeutet, dass ein kostengünstiges Filterelement und/oder ein Filter mit einem geringen Druckabfall verwendet werden kann. Darüber hinaus können Tröpfchen von Flüssigkeiten, wie Wasser, aus der Luft auf effizientere Weise abgeschieden werden, was die Leistung des Filterelements verbessern und die Lebensdauer desselben verlängern kann.
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Entsprechend ist eine Luftansauganordnung vorgesehen, der zumindest einige der vorstehend erwähnten Probleme und Nachteile bewältigt oder zumindest verringert. Infolgedessen wird die vorstehend erwähnte Aufgabe gelöst.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine gelöst, die die Luftansauganordnung gemäß einigen Ausführungsformen umfasst. Die Durchflussrate von Luft, die zu einer Brennkraftmaschine geführt wird, variiert in hohem Maße. Das heißt, dass die Durchflussrate während des Leerlaufs gering ist und die Durchflussrate während Situationen unter hoher Last hoch ist. Da die Brennkraftmaschine eine Luftansauganordnung umfasst, die mit einem möglicherweise geringerem Druckabfall über der Luftansauganordnung in Situationen unter hoher Last der Maschine vorgesehen ist, kann die Wirksamkeit des Motors in Situationen unter hoher Last verbessert werden. Ferner kann, da die Luftansauganordnung mit einer verbesserten Abscheideeffizienz in Situationen unter geringer Last der Maschine vorgesehen ist, die Staubansammlung in einem Filterelement der Luftansauganordnung der Maschine vermindert werden. Ferner kann die Lebensdauer des Filterelements, d. h. die Betriebszeit, die zur Verfügung steht, bevor das Filterelement ersetzt werden muss, erhöht werden.
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Darüber hinaus können die Anforderungen an das Filterelement reduziert werden, was bedeutet, dass ein kostengünstiges Filterelement und/oder ein Filter mit einem geringen Druckabfall verwendet werden kann. Darüber hinaus können Tröpfchen von Flüssigkeiten, wie Wasser, aus der Luft auf effizientere Weise abgeschieden werden, was die Leistung des Filterelements verbessern und die Lebensdauer desselben verlängern kann.
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Entsprechend ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die zumindest einige der vorstehend erwähnten Probleme und Nachteile bewältigt oder zumindest verringert. Infolgedessen wird die vorstehend erwähnte Aufgabe gelöst.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug gelöst, das eine Brennkraftmaschine gemäß einigen Ausführungsformen umfasst. Da das Fahrzeug eine Brennkraftmaschine gemäß einigen Ausführungsformen umfasst, ist ein Fahrzeug vorgesehen, das zumindest einige der vorstehend erwähnten Probleme und Nachteile bewältigt oder zumindest verringert. Infolgedessen wird die vorstehend erwähnte Aufgabe gelöst.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus einem Studium der begleitenden Ansprüche und der folgenden ausführlichen Beschreibung hervor.
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Figurenliste
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Verschiedene Aspekte der Erfindung, einschließlich ihrer besonderen Merkmale und Vorteile können leicht aus den beispielhaften Ausführungsformen verstanden werden, die in der folgenden ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen erörtert werden. Es zeigen:
- 1 einen Zyklonabscheider gemäß einigen Ausführungsformen mit Schaufelabschnitten desselben in einer ersten Position,
- 2 den in 1 dargestellten Zyklonabscheider mit den Schaufelabschnitten in einer zweiten Position,
- 3 eine Brennkraftmaschine, die eine Luftansauganordnung umfasst, und
- 4 ein Fahrzeug, das die in 3 dargestellte Brennkraftmaschine umfasst.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden werden Aspekte der vorliegenden Erfindung ausführlicher beschrieben. Gleiche Nummern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente. Gut bekannte Funktionen oder Ausführungen werden der Kürze und/oder Klarheit halber nicht unbedingt detailliert beschrieben.
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1 stellt einen Zyklonabscheider 1 gemäß einigen Ausführungsformen dar. Der Zyklonabscheider 1 ist zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluidstrom angeordnet. Der Zyklonabscheider 1 umfasst ein Gehäuse 5 mit einer Einströmöffnung 7 und einer Ausströmöffnung 9, die entlang einer Achse 11 beabstandet sind. Gemäß den dargestellten Ausführungsformen ist das Gehäuse 5 zylinderförmig ausgebildet. Der Zyklonabscheider 1 umfasst Leitschaufeln 13, die im Gehäuse 5 zwischen der Einströmöffnung 7 und der Ausströmöffnung 9 angeordnet sind. In 1 sind der Kürze und Klarheit halber nur drei Leitschaufeln 13 mit dem Bezugszeichen „13“ gezeigt. Der Zyklonabscheider 1 gemäß der dargestellten Ausführungsformen umfasst acht Leitschaufeln 13, von denen nur sieben sichtbar sind. Der Zyklonabscheider 1 kann eine von acht unterschiedliche Anzahl von Leitschaufeln 13 umfassen, beispielsweise 1-7 oder 9-20 oder dergleichen. Somit kann gemäß einigen Ausführungsformen der Zyklonabscheider 1 eine Leitschaufel 13 umfassen. Der Kürze und Klarheit halber wird die Leitschaufel 13 gemäß solchen Ausführungsformen nachstehend als „die Leitschaufeln 13“ bezeichnet.
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Die Leitschaufeln 13 erstrecken sich radial zur Achse 11 und sind mit einem Neigungswinkel a0 vorgesehen, um einen Zyklon um die Achse 11 bereitzustellen, wenn Fluid von der Einströmöffnung 7 zur Ausströmöffnung 9 fließt. Aufgrund des Zyklons um die Achse 11 werden Partikel im Fluid, die schwerer als das umgebende Fluid sind, durch Zentrifugalkraft in Richtung einer Innenwand 12 des Gehäuses 5 getrieben. Der Zyklonabscheider 1 umfasst ein Rohr 14, das koaxial zur Achse 11 angeordnet ist. Das Rohr 14 erstreckt sich von der Ausströmöffnung 9 in das Gehäuse 5. Eine Innenseite 14.1 des Rohrs 14 ist mit der Ausströmöffnung 9 verbunden und ist zum Führen von Luft von einem Innenvolumen des Gehäuses 5 zur Ausströmöffnung 9 konfiguriert. Eine Außenfläche 14.2 des Rohrs 14 bildet eine Trennwand aus, die zusammen mit der Innenwand 12 des Gehäuses 5 einen Partikelansammlungsraum 16 ausbildet. Der Zyklonabscheider 1 umfasst einen zweiten Auslass 18, der mit einem Einwegventil 20 versehen ist. Das Einwegventil 20 ermöglicht Fluss von Fluid und Partikeln vom Partikelansammlungsraum 16 zu einem Auslass 20.1 des Einwegventils 20 und behindert Fluidstrom in die entgegengesetzte Richtung, d. h. durch den Auslass 20.1 des Einwegventils 20 in den Staubansammlungsraum 16. Der Auslass 20.1 des Einwegventils 20 kann mit einem Staubbehälter verbunden sein oder kann mit der Umgebung außerhalb des Zyklonabscheiders 1 verbunden sein.
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Während des Betriebs des Zyklonabscheiders 1, fließt Fluid von der Einströmöffnung 7 auf die Leitschaufeln 13. Aufgrund des Neigungswinkel a0 der Leitschaufein 13 wird ein Zyklon von Fluid um die Achse 11 geformt. Aufgrund der Zentrifugalkraft werden Partikel im Fluid zur Innenwand 12 des Gehäuses 5 getrieben. Infolgedessen enthält Fluid im Zentrum des Zyklons weniger Partikel als Fluid in äußeren Abschnitten des Zyklons. Dementsprechend wird Fluid, das einen geringere Menge an Partikeln enthält, zur Ausströmöffnung 9 über das Innere 14.1 des Rohrs 14 geführt, und Fluid, das eine höhere Menge an Partikeln enthält, wird zum zweiten Auslass 18 über den Staubansammlungsraum 16 geführt. Die Rotationsrichtung rd des Zyklons um die Achse 11 ist durch den Pfeil rd gekennzeichnet und die Flussrichtung d des Fluidstroms, der von der Einströmöffnung 7 zur Ausströmöffnung 9 fließt, ist durch den Pfeil d gekennzeichnet.
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Gemäß den dargestellten Ausführungsformen umfasst der Zyklonabscheider 1 eine zentrale Nabe 14, die koaxial zur Achse 11 angeordnet ist. Jede Leitschaufel 13 ist an der zentralen Nabe 14 angeordnet und erstreckt sich radial von derselben. Jede Leitschaufel 13 kann an die innere Wand 12 des Gehäuses 5 stoßen oder an dieser befestigt sein. Ferner kann gemäß solchen Ausführungsformen die zentrale Nabe 14 am Gehäuse 5 über eine oder mehrere Leitschaufeln 13 angeordnet sein. Jede der Leitschaufeln 13 umfasst einen Schaufelabschnitt 15. Der Schaufelabschnitt 15 von jeder Leitschaufel 13 ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position beweglich. In 1 sind die Schaufelabschnitte 15 in der ersten Position dargestellt. In der ersten Position ist ein erster Neigungswinkel a1 der Schaufelabschnitte 15 vorgesehen. Wie erwähnt kann der Zyklonabscheider 1 eine Leitschaufel 13 umfassen. Gemäß solchen Ausführungsformen kann die Leitschaufel 13 einen Schaufelabschnitt 15 umfassen. Der Kürze und Klarheit halber wird jedoch der Schaufelabschnitt 15 gemäß solchen Ausführungsformen nachstehend als „die Schaufelabschnitte 15“ bezeichnet.
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2 stellt den in 1 dargestellten Zyklonabscheider mit den Schaufelabschnitten 15 in der zweiten Position dar. In der zweiten Position ist ein zweiter Neigungswinkel a2 der Schaufelabschnitte 15 vorgesehen. Nachstehend wird sowohl auf 2 als auch auf 1 Bezug genommen. Wie aus dem Vergleich von 1 und 2 ersichtlich ist, ist der erste Neigungswinkel a1 kleiner als der zweite Neigungswinkel a2. Die Schaufelabschnitte 15 sind in Richtung der ersten Position vorgespannt. Die Schaufelabschnitte 15 sind so konfiguriert, dass sie aus der ersten Position, dargestellt in 1, in Richtung der zweiten Position, dargestellt in 2, durch die Kraft des Fluidstroms bewegt werden, der auf den Schaufelabschnitt 15 einwirkt. Infolgedessen ist ein Zyklonabscheider 1 vorgesehen, der den Neigungswinkel der Schaufelabschnitte 15 abhängig von der Durchflussrate von Fluid, das von der Einströmöffnung 7 zur Ausströmöffnung 9 fließt, automatisch anpassen kann. Wenn die Durchflussrate niedrig oder null ist, wirkt also eine geringe Kraft oder keine Kraft des Fluidstroms auf die Schaufelabschnitte 15 ein.
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Infolgedessen befinden sich die Schaufelabschnitte 15 in der ersten Position, wie in 1 dargestellt. Gemäß einigen Ausführungsformen sind die Schaufelabschnitte 15 so konfiguriert, dass sie aus der ersten Position in Richtung der zweiten Position durch die Kraft des Fluidstroms bewegt werden, der auf die Schaufelabschnitte 15 einwirkt, wenn die Durchflussrate von Fluid, das von der Einströmöffnung 7 zur Ausströmöffnung 9 fließt, über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Somit befinden sich gemäß solchen Ausführungsformen die Schaufelabschnitte 15 in der ersten Position, wenn die Durchflussrate von Fluid, das von der Einströmöffnung 7 zur Ausströmöffnung 9 fließt, unter dem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
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Wie erwähnt ist der erste Neigungswinkel a1 kleiner als der zweite Neigungswinkel a2. Aufgrund des kleineren Neigungswinkels wird der Fluidstrom einer höheren Beschleunigung ausgesetzt, was eine höhere Winkelgeschwindigkeit des Zyklons verursacht, wenn sich die Schaufelabschnitte 15 in der ersten Position befinden, als wenn sich die Schaufelabschnitte 15 in der zweiten Position oder in einer Position zwischen der ersten und der zweiten Position befinden. Infolge der höheren Winkelgeschwindigkeit des Zyklons ist die Abscheideeffizienz des Zyklonabscheiders 1 bei geringeren Durchflussraten verbessert.
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Wenn die Durchflussrate von Fluid höher ist, z. B. über dem vorgegebenen Schwellenwert, wirkt eine höhere Kraft des Fluidstroms auf die Schaufelabschnitte 15. Infolgedessen werden die Schaufelabschnitte 15 aus der ersten Position in eine Position bewegt, in der jeder der Schaufelabschnitte 15 einen größeren Neigungswinkel als den ersten Neigungswinkel a1 aufweist. Aufgrund des höheren Neigungswinkels wird der Fluidstrom einem geringeren Beschleunigungsbetrag ausgesetzt, was eine geringere Winkelgeschwindigkeit des Zyklons verursacht, als wenn sich die Schaufelabschnitte 15 in der ersten Position befinden. Dadurch wird der Druckabfall über dem Zyklonabscheider 1 bei höheren Durchflussraten verringert. Ferner ist ein Zyklonabscheider 1 vorgesehen, der die Abscheideeffizienz und den Druckabfall abhängig von der Durchflussrate von Fluid anpassen kann, das von der Einströmöffnung 7 zur Ausströmöffnung 9 fließt.
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Gemäß den dargestellten Ausführungsformen umfasst jede Leitschaufel 13 einen ersten Abschnitt 17 mit einem festen Neigungswinkel a0. Ferner sind die Schaufelabschnitte 15 an der Hinterkante 19 der ersten Abschnitte 17 der Leitschaufeln 13 angeordnet.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der erste Neigungswinkel a1 der Schaufelabschnitte 15 kleiner als der feste Neigungswinkel a0. Dadurch beschleunigen die Schaufelabschnitte 15 bei geringeren Durchflussraten von Fluid, das von der Einströmöffnung 7 zur Ausströmöffnung 9 fließt, die Kreisbewegung des Fluids, das entlang den Leitschaufeln 13 fließt. Infolgedessen wird eine höhere Winkelgeschwindigkeit des Zyklons bereitgestellt, was zu einer höheren Abscheideeffizienz bei geringen Durchflussraten führt.
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Gemäß den dargestellten Ausführungsformen und wie aus 2 ersichtlich ist, ist der zweite Neigungswinkel a2 gleich dem festen Neigungswinkel a0. Dadurch kann der Druckabfall über dem Zyklonabscheider 1 bei höheren Durchflussraten gesenkt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der zweite Neigungswinkel a2 größer als der feste Neigungswinkel a0 sein. Dadurch kann der Druckabfall über dem Zyklonabscheider 1 bei höheren Durchflussraten weiter gesenkt werden. Rein beispielsweise kann der Neigungswinkel a0 im Bereich von 35-55 Grad oder im Bereich von 40-50 Grad oder ungefähr 45 Grad liegen, der erste Neigungswinkel a1 kann im Bereich von 5-30 Grad oder im Bereich von 15-25 Grad oder ungefähr 20 Grad liegen, der zweite Neigungswinkel a2 kann im Bereich von 35-70 Grad oder im Bereich von 40-55 Grad oder ungefähr 45 Grad liegen. Hierin werden der erste und zweite Neigungswinkel a1, a2 als der Winkel a1, a2 der Schaufelabschnitte 15 in Bezug auf eine Ebene p definiert, die senkrecht zur Achse 11 verläuft. Ferner wird hierin der feste Neigungswinkel a0 als der Winkel a0 der Leitschaufeln 13 in Bezug auf eine Ebene p definiert, die senkrecht zur Achse 11 verläuft. Der feste Neigungswinkel a0, und/oder der erste und zweite Neigungswinkel a1, a2, können sich entlang einer radialen Richtung r einer Schaufel 13, 15 ändern. Gemäß solchen Ausführungsformen können der Neigungswinkel a0, a1, a2 als der durchschnittliche Neigungswinkel entlang der radialen Richtung r einer Schaufel 13, 15 bezüglich der Ebene p senkrecht zur Achse 11 definiert werden.
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Gemäß den dargestellten Ausführungsformen ist jeder Schaufelabschnitt 15 an einer Hinterkante 19 des ersten Abschnitts 17 gelenkig verbunden. Ferner umfasst der Zyklonabscheider 1 Federelemente 21, wobei jeder Schaufelabschnitt 15 in Richtung der ersten Position durch ein Federelement 21 vorgespannt ist. Dadurch wird das Anpassen der Winkelgeschwindigkeit des Zyklons und somit auch der Abscheideeffizienz und des Druckabfalls über dem Zyklonabscheider 1 auf einfache und wirksame Weise erreicht. Die Federelemente 21 können, wie es gemäß den dargestellten Ausführungsformen der Fall ist, zwischen einer Hinterkante 19 eines ersten Abschnitts 17 und einem Schaufelabschnitt 15 angeordnet sein. Jedes Federelement 21 kann ein flexibles Material umfassen, das einen Schaufelabschnitt 15 in Richtung der ersten Position vorspannt, wenn der Schaufelabschnitt 15 aus dieser verdrängt ist.
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Gemäß den dargestellten Ausführungsformen sind die Schaufelabschnitte 15 in Richtung der ersten Position mit einer Vorspannkraft vorgespannt, die zum Vorsehen eines Neigungswinkels der Schaufelabschnitte 15 ausgebildet ist, was zu einer im Wesentlichen konstanten Winkelgeschwindigkeit des Zyklons um die Achse 11 bei verschiedenen Durchflussraten von Fluid von der Einströmöffnung 7 zur Ausströmöffnung 9 führt. Infolgedessen ist ein Zyklonabscheider 1 vorgesehen, der eine im Wesentlichen konstante Abscheideeffizienz und einen im Wesentlichen konstanten Druckabfall bei verschiedenen Durchflussraten von Fluid erzielen kann, das von der Einströmöffnung 7 zur Ausströmöffnung 9 fließt. Die im Wesentlichen konstante Winkelgeschwindigkeit des Zyklons um die Achse 11 bei unterschiedlichen Durchflussraten kann durch das Verwenden von Federelementen 21 erzielt werden, die Federmerkmale aufweisen, die mit den Strömungsmerkmalen der Schaufelabschnitte 15 übereinstimmen. Gemäß einigen Ausführungsformen sind die Schaufelabschnitte 15 in Richtung der ersten Position mit einer Vorspannkraft vorgespannt, die beim Verdrängen der Schaufelabschnitte 15 aus der ersten Position in Richtung der zweiten Position zunimmt. Infolgedessen können die Schaufelabschnitte 15 eine Position zwischen der ersten und der zweiten Position leichter annehmen. Als weiteres Ergebnis dessen kann die Fähigkeit verbessert werden, eine im Wesentlichen konstante Winkelgeschwindigkeit des Zyklons um die Achse 11 bei verschiedenen Durchflussraten zu erzielen.
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Gemäß einigen Ausführungsformen können die Schaufelabschnitte 15 die gesamte Oberfläche der Leitschaufeln 13 ausmachen. Somit kann gemäß solchen Ausführungsformen jeder Leitschaufel 13 jeweils ein erster Abschnitt 17 mit einem festen Neigungswinkel a0, wie hierin bezeichnet, fehlen. Stattdessen können gemäß solchen Ausführungsformen die Leitschaufeln 13 beweglich zwischen einer ersten Position zum Vorsehen eines ersten Neigungswinkels a1 und einer zweiten Position zum Vorsehen eines zweiten Neigungswinkels a2 der Leitschaufeln 13 angeordnet sein, wobei der erste Neigungswinkel a1 kleiner als der zweite Neigungswinkel a2 ist, wobei die Leitschaufeln 13 in Richtung der ersten Position vorgespannt sind, und wobei die Leitschaufeln 13 so konfiguriert sind, dass sie aus der ersten Position in Richtung der zweiten Position durch die Kraft des Fluidstroms bewegt werden, der auf die Schaufelabschnitte 13 einwirkt.
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3 stellt eine Brennkraftmaschine 27 dar, die eine Luftansauganordnung 25 umfasst. Die Luftansauganordnung 25 ist zum Führen von Umgebungsluft zur Brennkraftmaschine 27 konfiguriert. Die Luftansauganordnung 25 umfasst den Zyklonabscheider 1, der in 1 und 2 dargestellt ist. Der Zyklonabscheider 1 ist zum Abscheiden von Partikeln aus der Luft konfiguriert, bevor die Luft zur Brennkraftmaschine 27 geführt wird, wo die Luft in Zylinder der Brennkraftmaschine 27 geleitet wird.
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Die Durchflussrate der Luft, die zur Brennkraftmaschine 27 geführt wird, variiert in hohem Maße. Das heißt, dass die Durchflussrate von Luft während des Leerlaufs oder während Situationen unter geringer Last gering ist und die Durchflussrate von Luft während Situationen unter hoher Last hoch ist. Da jedoch die Luftansauganordnung 25 den Zyklonabscheider 1 umfasst, kann die Luftansauganordnung 25 die Abscheideeffizienz und den Druckabfall abhängig von der Durchflussrate von Umgebungsluft anpassen, die zum Motor 27 geführt wird.
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Daher ist eine Luftansauganordnung 25 mit einer verbesserten Abscheideeffizienz in Situationen unter geringer Last der Maschine 27 und möglicherweise mit einem geringeren Druckabfall über die Luftansauganordnung 25 in Situationen unter hoher Last des Maschine 27 vorgesehen. Gemäß den dargestellten Ausführungsformen umfasst die Luftansauganordnung 25 ferner ein Filterelement 28. Das Filterelement 28 ist ausgangsseitig des Zyklonabscheiders 1 angeordnet. Somit ist gemäß den dargestellten Ausführungsformen der Zyklonabscheider 1 zum Abscheiden von Partikeln aus der Luft angeordnet, bevor die Luft an das Filterelement 28 geführt wird, wo die Luft weiterem Filtern unterzogen wird, bevor sie zur Brennkraftmaschine 27 geführt wird. Da die Luftansauganordnung 25 mit einer verbesserten Abscheideeffizienz in Situationen unter niedriger Last der Brennkraftmaschine 27 vorgesehen ist, kann die Staubansammlung im Filterelement 28 reduziert werden, die Betriebsdauer des Filterelements 28 kann erhöht werden, die Anforderungen an das Filterelement 28 können reduziert werden, ein kostengünstiges Filterelement 28 kann verwendet werden, ein Filterelement 28 mit einem geringen Druckabfall kann verwendet werden, und Tröpfchen von Flüssigkeiten, wie Wasser, können aus der Luft auf effektivere Weise über einen weiteren Betriebsbereich abgeschieden werden, was die Leistung des Filterelements 28 verbessern und die Lebensdauer des Filterelements 28 verlängern kann. Die Brennkraftmaschine 27 ist ein Verbrennungsmotor und kann ein Verbrennungsmotor mit Kompressionszündung wie ein Dieselmotor sein, oder kann ein Ottomotor mit einer Funkenzündungsvorrichtung sein, beispielsweise ein Ottomotor, der mit Benzin, Ottokraftstoff, Alkohol, ähnlichen flüchtigen Kraftstoffen oder Kombinationen aus denselben betrieben wird.
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4 stellt ein Fahrzeug 29 dar, das Räder 31 und die in 3 dargestellte Brennkraftmaschine 27 umfasst. Die Brennkraftmaschine 27 ist zum Vorsehen von Triebkraft an das Fahrzeug 29 über ein oder mehrere Räder 31 des Fahrzeugs 29 konfiguriert.
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Das in 4 dargestellte Fahrzeug 29 ist ein Lastkraftwagen. Die Brennkraftmaschine 27 kann jedoch in einem anderen Typ bemannter oder unbemannter Fahrzeuge zu Land oder Wasser enthalten sein, der auf Vortrieb basiert, etwa einem Lastwagen, einem Bus, einem Baufahrzeug, einem Traktor, einem Automobil, einem Boot, einem Schiff oder dergleichen. Ferner kann die Brennkraftmaschine 27 gemäß dem vorliegenden Dokument eine feststehende Brennkraftmaschine sein, beispielsweise eine Brennkraftmaschine, die zum Antreiben eines elektrischen Generators konfiguriert ist.
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Es versteht sich, dass das Vorstehende veranschaulichend für verschiedene beispielhafte Ausführungsformen ist, und dass die Erfindung nur durch die begleitenden Ansprüche definiert ist. Der Fachmann versteht, dass die beispielhaften Ausführungsformen geändert werden können, und dass verschiedene Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen kombiniert werden können, um Ausführungsformen zu schaffen, die sich von den hierin beschriebenen unterscheiden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen definiert ist.
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Im vorliegenden Dokument ist der Begriff „umfassen“ oder „erfasst“ ergebnisoffen und umfasst ein oder mehrere erwähnte Merkmale, Elemente, Schritte, Komponenten oder Funktionen, schließt jedoch das Vorliegen oder Hinzufügen eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Elemente, Schritte, Komponenten, Funktionen oder Gruppen derselben nicht aus.
