DE1576610A1

DE1576610A1 - Luftreiniger fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1576610A1
Application number: DE19671576610
Authority: DE
Inventors: Klein Dipl-Ing Heinrich; Buick Dipl-Ing Kurt; Dipl-Phys Eduard Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-01-07
Filing date: 1967-01-07
Publication date: 1970-05-27
Also published as: US3466853A; SE339772B; AT280700B; GB1173394A; NL6716657A; BE708985A; FR1554021A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

Erlangen, aen 5, JJj ]%J

Werner-von'-Siemens-Str. 50 PLA 67/1003

Luftreiniger für Brennkraftmaschinen

Lie Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Verbrennungsluft für Brennkraftmaschinen sowie einen Luftreiniger zur Lurchführur;g dieses Verfahrens. Dabei werden die Kräfte ausgenutzt, die in einer aus Potential- und Kotationswirbelströmung bestehenden Lrehströmung auftreten.

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Eine derartige Drehströmung besteht aus einer äußeren, wendelförmig verlaufenden Potentialwirbelströmung und einer inneren wendeiförmigen, gleichsinnig umlaufenden Kotationswirbelstrb'mung, wobei die axialen Strömungskomponenten aes Rotations- und des Potentialwirbels entgegengesetzte Richtungen haben. Derartige Drehströmungen können in zylinderrohrförmigen Wirbelkammern erzeugt werden, indem wie bereits bekannt die äußere Potentialwirbelströmung über schräg-tangentifile Düsen im Wirbelitammermantel angeregt wird. Das zu reinigende Rohgas wird im allgemeinen der Wirbelkammer axial zugeführt und bildet dann den Rotationswirbel der Drehströmung. Die in dem Rohgas enthaltenen Partikel werden dann aus der Rotationswirbelströmung in rticntung nach außen zum v;irbelkamniermantel getragen und mit einem nst aer äußeren Potentialwirbelströmüng in einen Bunker abgeführt.

Bei der Anwendung eines derartigen Lrehströmungswirblers zum Reinigen von Verbrennungsluft für Brennkraftmaschinen treten jedoch erhebliche Schwierigkeiten auf. Zunächst einmal sind in der angesaugten Verbrennungsluft im allgemeinen nur geringe Verunreinigungen enthalten, die zumeist als Schwebeteilchen in einem Größenbereieh zwischen ca. 1 bis 10/U, bei starker Aufwirbelung bei etwa 50/U liegen. Zur Ausscneidung dieser feinsten Teilchen (1-10/u) ist es notwendig, die Drehströmung stärker anzuregen als bei der Abscheidung gröberer Teilchen. Deswegen ist es zur Abscheidung dieser feinsten Teilchen vorteilhaft, die

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einzelnen Entstauber nur mit einem geringen Durchmesser auszuführen. Darüber hinaus ist beim Einbau eines derartigen Luftreinigers z.B. in Kraftfahrzeugen aus Raumgründen eine besonders gedrängte" Bauweise des Reinigers notwendig. Bei der Anregung der .Drehströmung über schräg-tangentiele Düsen im «Yirbelkammermantel, bei der im allgemeinen Reinluft über ein Eruckgebläse eingeblasen wird, ergibt sich jedoch bei der Parallelschaltung mehrerer kleiner tfirbelkammern, wie sie zur Luftreinigung für Brennkraftmaschinen erforderlich sind, ein zu großer Raumbedarf, der darüber hinaus einen höheren Druckverlust durch die schmalen .busen bedingt.

Diese Schwierigkeiten sollen nach der ürfindung beseitigt werden. Die Aufgabe α er Erfindung besteht aarin, einen Luftreiniger für Brennkraftmaschiner; zu schaffen, der neDen gedrängter Bauweise einen einfachen Aufbau sowie eine hohe Betriebssicherheit und hohen Wirkungsgrad auch bei stark schwankenden Lurchsatzmengen, wie sie bei Brennkraftmaschinen auftreten, gewährleistet.

Erfincungsgemüi besteht aas Verfahren sum Reinigen von Verbrennungsluft für rrennkraftmasehinen darin, daß die zu reinigende Verbrennungsluft vor ihrer Zuführung in einen oder mehrere parallelgeschaitete .drehströmungswirbler derart aufgeteilt wira, dsß der eine Teil der Verbrennungsluft nach Drosselung una Vordrallerteilung dem Drehströmungswirbler als Rohgas axial im Bereich der

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Rotationsströmung und der andere Teil als Zweitluft direkt über Leitgitter achräg-tangential im Bereich der Potentialwirbelströmung dem Rohgas axial entgegenströmend zugeführt wird.

Ein Luftreiniger zur !Durchführung dieses Verfahrens besteht erfindungsgemäß aus einer zylinderrohrförmigen Wirbelkammer mit einem axialen Zuführungsrohr für das Rohgas und einem gegenüberliegenden Abführungsrohr für das Reingas sowie mit einem " das Abführungsrohr konzentrisch umgebenden Leitschaufelkranz mit räumlich gekrümmten Leitschaufeln zur stoßfreien Umlenkung aer achsparallel eintretenden Zweitluft auf eine wendeiförmige Bahn und einem aas Zuführungsrohr für das Rohgas konzentrisch umgehenden Auslaßspalt für die abgeschiedenen Partikel.

Erfindungsgemäß wird also die zu reinigende Verbrennungsluft sowohl als Rohgas als auch als Zweitluft dem Drehströmungswirbler zugeführt. Durch die Zuführung aer Zweitluft über einen das Abführungsrohr konzentrisch umgebenden Leitschaufelkranz erübrigen sich die schräg-tangentialen Düsen im Wirbelkammermantel, so daß bei Parallelschaltung mehrerer Wirbelkammern diese unmittelbar nebeneinander angeordnet werden können. Durch diese Anordnung ergibt sich eine Raumersparnis von bis zu 70 > gegenüber herkömmlichen Drehströmungswirbiern. Da außerdem erfindungsgemäß im Reingasabzug ein Sauggebläse angeordnet sein kann bzw. der Unterdruck von der Brennkraftmaschine ausreicht und der axial

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in die Wirbelkammer eintretende Rohgasstrom vor seinem Eintritt gedrosselt wird, sind weitere Saug- oder Druckgebläse nicht erforderlich. Außerdem ist dadurch eine Abnutzung der Gebläse durch verschmutzte Luft gänzlich ausgeschlossen. Die zur Erzeugung der Drehströmung notwendige Druckdifferenz zwischen einströmendem Hohgas und der diesem entgegenströmenden Zweitluft wird allein durch eine einstellbare Drosselung des Rohgases erreicht. Diese Drosselung kann automatisch entsprechend den jeweiligen Erfordernissen, wie z.B. schwankende Durchsatzmengen etc. erfolgen. Dabei eignet sich das Entstaubungsverfahren nach dem Drehströmungsprinzip besonders gut für Anwendungsbereiche mit stark schwankenden Lastzuständen, die stark schwankende Durchsatzmengen sowie die unterschiedlichsten Druckverhältnisse bedingen.

Bei Parallelschaltung mehrerer Wirbelkammer^ wird die Zweitluft den einzelnen Y/irblern von einer gemeinsamen Kammer aus über die Leitschaufelkränze zugeführt, Während die Abführungsröhre für das Reingas ebenfalls in einer gemeinsamen Kammer münden. Zur sicheren Abführung der abgeschiedenen Teilchen ist ebenfalls ein allen Wirblern gemeinsamer Bunker vorgesehen, in α em gegebenenfalls zur Sicherstellung des erforderlichen Druckunterschiedes ein geringer Sog erzeugt werden kann. Auch für die Rohgaszuführung kann eine allen Wirblern gemeinsame Kammer vorgesehen sein, von der die Zuführungsrohre für das Rohgas ausgehen.

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In der schematischen Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung näher dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Einzelzelle, während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 mehrere Zellen parallel geschaltet sind. In Fig. 3 ist schließlich in perspektivischer Ansicht die Anordnung von z.B. neun Einzelzellen mit den entsprechenden Zu- und Abführungskammern dargestellt.

Nach Fig. 1 weist der Drehströmungswirbler eine zylinderrohrförmige Wirbelkammer 1 mit einem axialen Einströmrohr 2 für das Rohgas und ein Abströmrohr 4 für das Reingas auf. Im Einströmrohr 2 kann über Leitschaufeln 3 dem einströmenden Rohgas ein Vordrall erteilt werden. Konzentrisch zum Reingasauslaß 4 ist ein Leitschaufelkranz 5 mit räumlich gekrümmten Leitschaufeln angeordnet, über den der als Zweitluft abgespaltene Teil der zu reinigenden und aohsparallel eintretenden Verbrennungsluft der Wirbelkammer 1 stoßfrei augefüiirt und auf eine wendelförmige Bahn entsprechend der Potentialwirbelströmung gebracht wird. Die aus der Atmosphäre angesaugte Luft wird nach Zuleitung über einen Stutzen 6 aufgeteilt und dann über eine Leitung 7 dem Drehströmungswirbler 1 als Rohgas über cas Einströmrohr 2 und der andere Teil als Zweitluft über die Leitung 8 dem Wirbler 1 über den Leitschaufelkranz 5 zugeführt. _s

In der Wirbelkammer 1 bildet sich im wandnahen Bereich derselben

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durch die über den Leitschaufelkranz 5 einströmende Zweitluft eine Potentialwirbelströmung 12 aus, die teilweise oberhalb der Mündung des Einströmrohres 2 über eine Wirbelsenke 14 nach innen strömt und dann mit dem einströmenden Rohgas in.Form einer Rotationswirbelströmung 13 nach oben aufsteigt. Im unteren Bereich der Rotationswirbelströmung 13 bildet sich oberhalb der Kündung des Einströmrohres 2 eine Wirbelquelle aus, in der* die mit dem Rohgas einströmenden Partikel nach außen in Richtung zur Wirb"e.lkammerwand geschleudert und mit einem Ast der Potentialwirbelströmung 12 über einen das Einströmronr 2 konzentrisch umgebenden Auslaßspalt 10 in einen Bunker 11 abgeführt werden.

Im Einstromrohr 2 befindet sich ferner eine einstellbare Drosselblende 9» um somit die erforderliche Druckdifferenz zwischen der von oben einströmenden Zweitluft una dem von unten einströmenden Rohgas zu gewährleisten.

In Fig. 2 sind beispielsweise drei Wirbelkammern 1 parallelgeochaltet. Dabei strömt das Rohgas von einer gemeinsamen Kammer 18 aus über die einzelnen Einströmrohre 2 in die entsprechenden Wirbelkammern. Die Zweitluft wird von einer allen Wirblern gemeinsamen Kammer 15 aus über die Leitschaufelkränze 5 in die einzelnen Wirbler eingeleitet. Das Reingas strömt dann über die Abströmrohre 4 in eine gemeinsame Kammer 16,. von wo aus es in den Vergaser bzw. die Brennkraftmaschine gelangt. In diesem

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Reingaszug kann auch evtl. ein Sauggebläse angeordnet sein, das die erforderliche Gasströmung erzeugt, falls nicht der Unterdruck der Brennkraftmaschine ausreicht. Lie abzuscheidenden Partikel werden in einem gemeinsamen Bunker 17 gesammelt und von hier aus abgeführt.' Um einen definierten Druckunterschied zwischen Wirbelkammer und Bunker zu erhalten und um somit ein Kückströmung aus dem Bunker in die Y/irbelkammer zu vermeiden, kann im Bunker ebenfalls ein geringer Sog z.B. über die Abgasleitung (auspuff) erzeugt werden.

In Fig. 3 ist in perspektivischer Darstellung-die"Parallelschaltung eines Blockes von beispielsweise neun Drehströmungswirblern mit den entsprechenden Zu- und nbführungskammern entsprechend Fig. 2 schematisch dargestellt. Bei dieser Darstellungsweise zeigt sich besonders deutlich die gedrängte Bauweise des Luftreinigers, da hierbei die Zweitluft über Leitschaufelkränze den einzelnen 'Wirbelkammern von oben her zugeführt wird.

Es ist darüber hinaus natürlich möglich, eine beliebige Anzahl von Jiinzelreinigern parallel zu schalten. Außerdem ist die Anwendung nicht auf die Reinigung von Verbrennungsluft für Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern kann für alle anderen Gasreinigungsprozesse, bei denen es auf hohen Reinheitsgrad des Reingases sowie auf geringe Baugröße, wie z.B. bei Hubschrauberantrieben, Bau- und Landmaschinen, im Einsatz im Bergwerk (Schrämn- und Bohrmaschinen vor Ort) ankommt, angewendet werden. Die

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Frajct ions ent s taubungs grade derartiger Drehströmungswirbler erübrigen das Nachschalten herkömmlicher Sack- oder Oelfilter, so daß sich eine zusätzliche Energie- und Kostenersparnis ergibt.

Da bei einem derartigen Wirbler die ausgeschiedenen Partikel nicht an die Wandung der Wirbelkammer geschleudert werden, sondern sich mehr oder weniger im Grenzbereich zwischen der Kotations- und der Potentialwirbelströmung sammeln, arbeitet ein derartiger Luftreiniger auch nahezu verschleißfrei. Er dient selbstverständlich nicht nur für die Abscheidung trockener und fester Partikel, sondern ebenfalls auch für die Abscheidung flüssiger oder feuchter Beimengungen, z.B. Oelsumpfnebel und dergleichen.

5 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Reinigen von Verbrennungsluft für Brennkraftmaschinen unter Ausnutzung der Kräfte, aie in einer aus Potential- und Rotationswirbelströmung bestehenaen Drehströmung auftreten, dadurch gekennzeichnet, daß die zu reinigende Verbrennungsluft vor ihrer Zuführung in einen oder mehrere parallelgeschaltete Drehströmungswirbler derart aufgeteilt wird, daß der eine Teil der Verbrennungsluft nach Drosselung und Vordrallerteilung dem Drehströmungswirbler als Rohgas axial im Bereich der Rotationswirbelströmung und der andere Teil als Zweitluft direkt über Leitgitter schräg-tangential im Bereich der PotentialwirbelstrÖ-murg dem Rohgas axial entgegenströmend zugeführt wird.

Luftreiniger für Brennkraftmaschinen zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch eine zylinderrohrförmige Wirbelkammer (1) mit einem axialen Zuführungsrohr (2) für das Hohgas und einem gegenüberliegenden Abführungsrohr (4) für das Reingas sowie mit einem aas Abführungsrohr (4) konzentrisch umgebenden Leitschaufelkranz (5) mit räumlich gekrümmten Leitschaufeln zur stoßfreien Umlenkung der achsparallel eintretenden Zweitluft auf eine wendeiförmige Bahn und einem das Zuführungs-/ rohr (2) konzentrisch umgebenden Auslaßsaplt (10) für die abgeschiedenen Partikel.

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luftreiniger für Brennkraftmaschinen nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Parallelschaltung mehrerer Luftreiniger oberhalb der unmittelbar nebeneinander angeordneten Wirbelkammern (1) zunächst eine allen Wirblern gemeinsame Kammer (15) als Zweitluftzuführung sowie anschließend eine weitere Kammer (16), in der die Abführungsrohre (4) für das Reingas münden, vorgesehen sind, während unterhalb der einzelnen Wirbler (1) ein allen Wirblern gemeinsamer Bunker (17) für die abgeschiedenen Partikel sowie eine gemeinsame Kammer (18), von der die Zuführungsrohre (2) für das Reingas ausgehen, angeordnet sind.

Luftreiniger nach Patentanspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuführungsrohr (2) für das Rohgas eine einstellbare Drosselblende (9) vorgesehen ist.

Luftreiniger nach Patentanspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter den Abzugrohr (4) für das Reingas ein Sauggebläse vorgesehen ist.

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