DE2836270C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung von Feststoffen in einer unter Druck stehenden Fluidströ­ mung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In Brennkraftmaschinen und insbesondere in turbogeladenen Dieselmaschinen stellt der mit der Ansaugluft zugeführte Staub ein beachtliches Problem dar. Der Staub beeinträch­ tigt nicht nur die Maschinenleistung, sondern führt auch zu Abnutzung und Schäden an Maschinenteilen, insbesondere an den Kolben, Ventilen, Kolbenringen und Zylinderwänden. Maschinenschäden durch Staubeintritt verursachen kostspie­ lige Reparaturen und Maschinenausfallzeiten. Beim Einsatz in Militärfahrzeugen kann eine defekte Antriebsmaschine außerdem den Verlust des Fahrzeuges bedeuten.

Um den Staubeintritt in Brennkraftmaschinen zu verhindern oder mindestens gering zu halten, wurden bereits zahlreiche Vorrichtungen entwickelt, die Staub oder andere Feststoff­ teilchen aus der Ansaugluft aussondern. Beispielsweise wer­ den am Lufteintritt Filtersysteme angeordnet, die Staub­ teilchen mit einem Filtermaterial aus der Ansaugluft aus­ scheiden.

Solche Filtersysteme können jedoch ausfallen, so daß dann trotzdem Staubteilchen der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Beispielsweise läßt die Filterwirkung der Filter­ stoffe mit zunehmender Verschmutzung durch eintretenden Staub nach, so daß auch Staubteilchen durch den Filter hindurchtreten können. Andererseits können Filterstoffe auch beschädigt werden, was gleichfalls zu einem Staub­ eintritt in die Maschine führt. In jedem Falle muß das Filtermedium zumindest gereinigt und/oder erforderlichen­ falls ausgewechselt werden.

Aus der DD-PS 1 08 596 ist eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebene Vorrichtung bekannt, die eine Hauptluftleitung zur Förderung eines Hauptluftstromes zeigt, dessen Staubge­ halt gemessen werden soll. Hierzu wird ein Teilluftstrom durch eine Bypass-Leitung, deren beide Enden mit der Haupt­ luftleitung verbunden sind, mittels einer in der Bypass- Leitung angeordneten Pumpe entnommen und durch das in der Bypass-Leitung angeordnete Filterelement geblasen. Die Bypass-Leitung ist beiderseits des Filterelementes mit einem Differenzdruckmesser verbunden.

Mit dieser Anordnung ist es möglich, die zunehmende Ver­ schmutzung eines Filterelementes durch die Überwachung des Druckes in dem Fluidstrom vor und hinter dem Filterelement zu ermitteln. Allerdings wird bei dieser Anordnung zur Förderung des Luftstroms durch die Bypass-Leitung eine eigene Pumpe benötigt, da das Druckgefälle zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung der Bypass-Leitung nicht aus­ reichen würde, um einen merklichen Luftstrom durch die Bypass-Leitung zu führen. Diese Lösung ist daher aufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der bekannten Art anzugeben, die einfacher im Aufbau und preiswert in der Herstellung ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Staubgehalt des Fluides unmittelbar im Bereich der Förderpumpe des Hauptluftstromes überwacht. Zur Förderung des Teilfluid­ stromes durch den Nebenkanal wird bei der Erfindung das Druckgefälle zwischen Pumpenauslaß und Pumpeneinlaß ausge­ nutzt. Somit wird keine eigene Pumpe benötigt, um das Fluid durch den Nebenkanal zu fördern. Dadurch ist die erfindungs­ gemäße Anordnung nicht nur preiswerter als die herkömmliche Anordnung, sondern vor allem sehr raumsparend, so daß sie beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich in dem Gehäuse eines Turboladers angeordnet werden kann.

Beim Betrieb der Vorrichtung und unter der Voraussetzung eines relativ sauberen Filterelementes im Kanal bleibt der am Druckanzeiger angezeigte Druck relativ konstant und auf einem vorbestimmten niedrigen Wert. Sind jedoch Staubteil­ chen oder Feststoffe in der Strömung vorhanden, so werden diese durch das Filterelement ausgesondert. Das Filterele­ ment wird dann zunehmend mit den Verunreinigungen verstopft, wodurch eine Druckerhöhung in dem Nebenkanal auftritt, die mit dem Druckanzeiger festgestellt werden kann. Der Druck­ anzeiger kann ein Warnsignal für die Bedienungsperson ab­ geben, wodurch ein Fehler oder ein Ausfall des Filtersystems signalisiert wird. Die Bedienungsperson kann dann sofort das Filtersystem reinigen, reparieren oder auswechseln, um so beispielsweise einen Schaden an einer dem Hauptkanal nachgeschalteten Brennkraftmaschine zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach und preiswert im Aufbau, einfach einzubauen und praktisch fehlerfrei im Betrieb.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Teilquerschnitt einer Vorrichtung nach der Erfindung im Luftansaugsystem einer Brennkraft­ maschine, und

Fig. 2 den Schnitt 2-2 gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, wobei der besseren Übersicht halber einige Teile weggelassen sind.

In Fig. 1 ist ein Turbolader 10 für eine Brennkraftma­ schine dargestellt, der einen Kompressorläufer 12 auf einer Welle 14 innerhalb eines Gehäuses 16 enthält. Das Gehäuse 16 enthält ferner einen ringförmigen Ge­ häuseteil 18, der konzentrisch den Kompressorläufer 12 umgibt.

Ein Lufteintritt 20 führt Luft von einer nicht dargestell­ ten Luftfilteranordnung in den Eintritt 24 des Kompres­ sorläufers 12. Zur Luftfilterung kann jede Filtervorrich­ tung bekannter Art verwendet werden.

Beim Betrieb des Turboladers 10 dreht sich der Kompressor­ läufer 12 mit der Welle 14, und dabei wird Luft durch den Lufteintritt 20 aus der Luftfilteranordnung dem Eintritt 24 des Kompressorläufers 12 zugeführt. Der Kompressor­ läufer 12 komprimiert die Luft in einem Austrittskanal 30, von wo aus sie der nicht dargestellten Brennkraft­ maschine über gleichfalls nicht dargestellte Leitungen zugeführt wird.

Eine Vorrichtung 32 nach der Erfindung, die die Feststel­ lung von Staub bzw. Verschmutzungen gestattet, umfaßt eine Querschnittsverengung 34 im Gehäuse 16, die mit dem Austrittskanal 30 in Verbindung steht. Die Querschnitts­ verengung 34 führt zu einem Strömungskanal 36, der sich an seinem oberen Ende zur Außenseite des Gehäuses 16 öffnet.

Eine zylindrische untere Filterkammer 38 ist an der Außen­ seite des Gehäuses 16 mit Abstand zum Kanal 36 ausgebildet. Der Boden der unteren Filterkammer 38 steht über einem Kanal 40 mit einer ringförmigen Kammer 42 in Verbindung, die im Gehäuse 16 ausgebildet ist. Zusätzlich steht die Kammer 42 mit dem Eintritt 20 des Turboladers 10 in Verbindung.

Eine Gehäuseabdeckung 46 ist am Gehäuse 16 mit Schrauben 48 befestigt, so daß sie den Kanal 36 und die untere Filterkammer 38 verschließt. Eine obere Filterkammer 50 ist in der Abdeckung 46 ausgebildet und auf die untere Filterkammer 38 ausgerichtet. Zusätzlich ist ein Kanal 52 in der Abdeckung 46 vorgesehen, der mit einem Ende zum Kanal 36 im Gehäuse 16 und mit dem anderen Ende zur oberen Filterkammer 50 führt. Ist die Abdeckung 46 am Gehäuse 16 in bereits beschriebener Weise befestigt, so bilden die Querschnittsverengung 34, die Kanäle 36 und 52, die Filterkammern 50 und 38 und der Kanal 40 einen Strömungskanal 55 zwischen dem Austrittskanal 30 und dem Lufteintritt 24.

Ein vorzugsweise auswechselbares Filterelement 54 ist im Querschnitt zwischen der oberen und der unteren Filter­ kammer 50 und 38 vorgesehen. Das Filterelement 54 über­ spannt den gesamten Querschnitt der Filterkammern 50 und 38, so daß die gesamte Strömung durch diese beiden Kammern 50 und 38 durch das Filterelement 54 geführt wird. Das Filterelement 54 kann zwischen den Filterkam­ mern 50 und 38 in jeder gewünschten Art gehalten sein, vorzugsweise ist jedoch eine ringförmige Montagenut 56 an der Oberkante der unteren Filterkammer 38 vorgesehen, so daß das Filterelement 54 in diese Nut 56 eingesetzt werden kann. Zusätzlich ist die Tiefe der Nut 56 vor­ zugsweise geringer als die Dicke des Filterelements 54, so daß dieses bei Befestigung der Abdeckung 46 am Ge­ häuse 16 zusammengedrückt und somit zwischen den Filter­ kammern 38 und 50 festgehalten wird.

Ein Druckwandler 58 steht mit dem Strömungskanal 55 zwi­ schen dem Austrittskanal 30 und dem Filterelement 54 in Verbindung, wozu vorzugsweise ein Querkanal 60 vorge­ sehen ist, der zu dem Kanal 36 führt. Der Druckwandler 58 erzeugt ein Ausgangssignal, das den Strömungsdruck im Kanal 36 angibt. Er ist mit einer Anzeigevorrichtung 62 verbunden, die sein Ausgangssignal optisch und/oder akustisch anzeigen kann.

Die Teile der Vorrichtung 32 arbeiten im Betrieb folgen­ dermaßen:

Bei normalem Maschinenbetrieb wird Luft mit dem Kompres­ sorläufer 12 durch den Lufteintritt 20 aus der Filteran­ ordnung angesaugt. Der Kompressorläufer 12 komprimiert diese Ansaugluft innerhalb des Austrittskanals 30, und die komprimierte Luft wird dann der Brennkraftmaschine in beschriebener Weise zugeführt.

Durch den hohen Druck in dem Austrittskanal 30 expandiert ein Teil der Luft durch die Querschnittsverengung 34, die Filterkammern 50 und 38 und das Filterelement 54 zu der einen relativ niedrigen Druck führenden Kammer 42, die mit dem Lufteintritt 20 in Verbindung steht. Der Luftdruck am Austrittskanal 30 des Kompressorläufers 12 übersteigt natürlich den Luftdruck an seinem Luftein­ tritt 20.

Wenn die nicht dargestellte Luftfilteranordnung einwand­ frei arbeitet, so tritt am Kompressoreintritt 24 nur saubere oder staubfreie Luft auf. Die Luftströmung durch die Vorrichtung 32 ist somit gleichfalls staubfrei, und der mit dem Druckwandler 58 gemessene Luftdruck bleibt innerhalb vorbestimmter Grenzwerte.

Wenn die Luftfilteranordnung ausfällt oder fehlerhaft arbeitet, so wird in der Ansaugluft zum Kompressorein­ tritt 24 Staub mitgeführt. Der Kompressorläufer 12 komprimiert diese verschmutzte Luft innerhalb des Aus­ trittskanals 30, und ein Teil dieser Luft strömt durch den Strömungskanal 55 der Vorrichtung 32. Das Filter­ element 54 sondert die Staubteilchen aus dieser Luft­ strömung in üblicher Weise aus.

Wird das Filterelement 54 immer mehr mit Staubteilchen verstopft, so wird ein Gegendruck oder ein Druckanstieg zwischen dem Filterelement 54 und der Querschnittsver­ engung 34 erzeugt. Dieser Druckanstieg wird mit dem Druckwandler 58 festgestellt, dessen Ausgangssignal mit der Anzeigevorrichtung 62 zur Anzeige gelangt. Somit wird der Bedienungsperson signalisiert, daß die kompri­ mierte Luft im Austrittskanal 30 und damit die der Brennkraftmaschine zugeführte Luft verschmutzt ist, so daß dann die Brennkraftmaschine sofort abgeschaltet und die Luftfilteranordnung kontrolliert werden kann. Nach dieser Wartung der Luftfilteranordnung wird die Ab­ deckung 46 vom Gehäuse 16 entfernt und das Filterelement 54 entweder gesäubert oder ausgewechselt. Nachdem die Abdeckung 46 wieder am Gehäuse 16 mit den Schrauben 48 befestigt ist, kann die Vorrichtung 32 erneut in Betrieb genommen werden.

Die Vorrichtung 32 bietet somit eine einfache und wirt­ schaftliche Möglichkeit zur Feststellung von Feststoffen bzw. Verunreinigungen in der komprimierten Luft im Aus­ trittskanal 30 des Turboladers 10. Durch frühzeitige Feststellung der Verschmutzungen kann ein längerer Staubeintritt in die Brennkraftmaschine verhindert werden, so daß damit verbundene Maschinenschäden ver­ mieden werden.

Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung 32 besteht darin, daß das Filterelement 54 leicht, schnell und billig aus­ gewechselt oder gereinigt werden kann, nachdem es durch den Staubeintritt verschmutzt wurde.

Die Vorrichtung 32 kann nicht nur in Verbindung mit Turboladern, sondern auch bei anderen Anwendungen unter Druck stehender Strömung eingesetzt werden, sofern diese Strömung ausreicht, um den Nebenstrom durch den Strö­ mungskanal 55 bzw. die Vorrichtung 32 zu erzeugen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Feststellung von Feststoffen in einer unter Druck stehenden Fluidströmung in einem Haupt­ kanal, wobei innerhalb eines mit dem Hauptkanal ver­ bundenen Nebenkanales ein Filterelement angeordnet ist und wobei der Nebenkanal stromaufwärts des Filterelementes mit einem Druckanzeiger verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt­ kanal vom Förderkanal (20, 24, 30) einer Pumpe (10) gebildet ist und daß der Nebenkanal mit seinem Ein­ trittsende über eine Querschnittsverengung (34) an den Pumpenauslaß (30) und mit seinem Austrittsende (40) an eine den Pumpeneinlaß (20) ringförmig umgebende Kammer (42) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpe der Kompressorläufer (12) eines Turboladers (10) einer Brennkraftmaschine ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das den Nebenkanal enthaltende Gehäuse (16, 46) zweiteilig ausgeführt und das Filterelement (54) zwischen den Gehäuseteilen (16, 46) gehalten ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Gehäuseteil (16) gleich­ zeitig Gehäuseteil für die Pumpe (10) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Pumpeneinlaß (20) von einem ringförmigen Abschnitt des Gehäuseteils (16) umgeben ist, der ein Strömungseintrittsgehäuse (18) mit einem ringförmigen Strömungseintrittskanal (24) umschließt, das unter Bildung einer ringförmigen Öffnung mit ra­ dialem Abstand innerhalb des ringförmigen Gehäuseab­ schnittes (16) und von diesem abstehend angeordnet ist.