DE3041547A1

DE3041547A1 - Reinigungsvorrichtung fuer die ansaugluft eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3041547A1
Application number: DE19803041547
Authority: DE
Inventors: Staffan Sverkersson Dipl.-Ing. Grödinge Sjöström
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1979-11-06
Filing date: 1980-11-04
Publication date: 1981-05-14
Also published as: IT1129373B; FR2468756A1; IT8068694A0; BR8007150A; JPS5681253A; GB2061774A; GB2061774B; SE416989B; FR2468756B1; DE3041547C2

Description

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ

professional representatives before the european patent office agrees pres l'opfice edropeen des brevets

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DR.-ING. FRANZ VDESTHOFF DR. PHIL. PREDA VDESTHOFP (1927-Ι95Ϊ) DIPL.-ING. GERHARD POLS (1952-I971) DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN DR.-ING, DIETER BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL₁-VIRTSCH₁-INCRUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 66 20 j ι telegramm: protectpatent telex: 524070

Patentanmeldung

Anmelder:

SAAB-SGANIA AKTIEBOLAG S-I5I87 Södert'älje, Schweden

Titel:

Reinigungsvorrichtung für die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors

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DR.-ING. FRANZ VUESTHOFF

PATENTANWÄLTE , _Λ

DR. PHIL. FREDA VUESTHOFF (l927-I9j6)

WUESTHOFF-v. PECHMANN -BEHRENS -GOETZ dipping, gerhard puls

DIPL.-CHEM.DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER. BEHRENS

MANDATAIRES AGREis PRES L'oFFICE EUROPEAN DES BREVETS DIPL.-ING.; DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90

1 -54 190 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 6620 51 telegramm: protectpatent telex: j 24 070

Beschreibung

Reinigungsvorrichtung für die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung für die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors mit einem im Luftansaugrohr des Verbrennungsmotors angeordneten Grobfilter und einem dem Grobfilter nachgeschalteten Feinfilter, wobei die Luft im Grobfilter in solche Bewegung versetzt wird, daß feste Verunreinigungen in eine Schmutzsammeikammer abgeschieden werden, aus der sie über ein Saugrohr, das an eine Vakuumquelle angeschlossen ist, =abgesaugt werden, wogegen die im Grobfilter gereinigte Luft durch das Luftansaugrohr zum Feinfilter weitergeleitet wird.

Bei Verbrennungsmotoren, die in staubender Umgebung arbeiten, z.B. bei Verbrennungsmotoren von Baustellenfahrzeugen, werden zum Reinigen der in sie einströmenden Luft immer verwickelter aufgebaute Reinigungsvorrichtungen verlangt. Filter zum Reinigen der Luft dürfen dabei keinen zu großen Druckverlust im Ansaugluftsystem des Verbrennungsmotors erzeugen, noch dürfen für das Auswechseln oder Reinigen der Filter zu kurze Zeitabstände gefordert sein. Wenn die beschriebenen

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Forderungen unter Verwendung nur eines Filters erfüllt werden sollen, ergeben sich daraus im Motorraum Anordnungen von sehr großem Raumbedarf. Es ist daher bekannt, das Ansaugluftsystem von Verbrennungsmotoren, die unter Arbeitsbedingungen mit hoher Schmutzbelastung eingesetzt werden, mit zwei hintereinandergeschalteten Filtern auszustatten, nämlich mit einem Grobfilter und einem ihm nachgeschalteten Feinfilter im Luftansaugrohr.

Es ist bekannt, als Grobfilter einen sogenannten Zyklonfilter zu verwenden, in dem der Luft eine drehende Bewegung erteilt wird, wodurch feste Verunreinigungen in eine Schmutzsammeikammer abgeschieden werden. Es ist auch bekannt, bei Verwendung in Militärfahrzeugen, z.B. Panzern, mit einem elektrisch angetriebenen Gebläse einen Unterdruck in der Schmutzsammeikammer zu erzeugen. Dies hat zu einer Erhöhung der Reinigungsleistung des Grobfilters geführt, jedoch bildet die Verwendung eines getrennten Gebläses für diesen Zweck eine vergleichsweise teuere Lösung, bei der zudem die große Gefahr betrieblicher Störungen besteht.

Bei einer anderen bekannten Lösung wird der Unterdruck unter Ausnutzung der Ejektorwirkung aus dem Abgasrohr des Verbrennungsmotors erzeugt. Aus dieser Maßnahme ergeben sich lange Rohrleitungen, insbesondere bei Anwendung auf Schwerfahrzeuge, bei denen der Grobfilter über dem Fahrerhaus angeordnet ist. Außerdem entsteht ein zusätzliches Dichtungsproblem, wenn das Fahrzeug mit einem kippbaren Fahrerhaus ausgestattet ist. Die Ejektorkonstruktion macht auch die Verwendung verhältnismäßig teurer, den korrodierenden Abgasen standhaltender Werkstoffe erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reinigungsvorrichtung zu schaffen, der die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht anhaften.

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Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das von der Schmutzsammelkammer wegführende Saugrohr an einer in Strömungsrichtung hinter dem Grobfilter gelegenen Stelle mit dem Luftansaugrohr verbunden ist, dieser Anschluß an das Luftansaugrohr die Vakuumquelle für den Unterdruck im Saugrohr bildet und das Saugrohr zwischen seinen Verbindungsstellen mit der Schmutzsammelkammer des Grobfilters und dem Luftansaugrohr einen Filter zum Abscheiden fester Verunreinigungen aus der durch das Saugrohr strömenden Luft aufweist.

Bei der Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung werden für die Vakuumquelle keinerlei getrennte Bauteile benötigt; ihre Betriebssicherheit ist daher außergewöhnlich groß. Durch das Vorhandensein eines Filters im Saugrohr ist gewährleistet, daß die das Saugrohr durchströmende Luft gereinigt wird, bevor sie wieder zum Luftansaugrohr zurückgeleitet wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird auf ein Fahrzeug angewandt, bei dem eine Aufbaueinheit an einem Fahrgestell elastisch aufgehängt ist. In diesem Falle sind wenigstens der Grobfilter, das Saugrohr mit seinem Filter und der die Vakuumquelle bildende Abschnitt des Luftansaugrohres an dieser Aufbaueinheit befestigt. Die Reinigungsvorrichtung benötigt somit keine Verbindungsstellen, die Bewegungen zwischen dem Fahrgestell und der Aufbaueinheit ausgleichen müßten. Dadurch werden Schwierigkeiten, die sich bei der Abdichtung solcher Verbindungsstellen ergeben würden, und die damit verbundenen Kosten vermieden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine Ansicht in Fahrtrichtung einer an der Rückwand des Fahrerhauses eines Lastkraftwagens angeordneten Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Zur besseren Verdeutlichung einzelner Merkmale derselben enthält die Zeichnung Teilschnitte und weggebrochene Teile.

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Der dargestellte Abschnitt einer beim gezeigten Beispiel von einem Fahrerhaus gebildeten Aufbaueinheit 1 eines Lastkraftwagens hat eine Rückwand 2, an der mit nicht dargestellten Mitteln die Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung befestigt ist. Die Reinigungsvorrichtung enthält einen Grobfilter 4, von dem ein Verlängerungsstück sich über dem Dach 5 der Aufbaueinheit 1 in der Fahrtrichtung des Fahrzeuges erstreckt. Entlang der Rückwand 2 der Aufbaueinheit 1 leitet ein Luftansaugrohr 6 Ansaugluft nach unten zu einem Feinfilter 7, aus dem die Ansaugluft über ein Rohr 8 zu einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor weitergeleitet wird.

Das Luftansaugrohr 6 ist zweiteilig ausgebildet, wobei der untere Abschnitt 10 am Fahrzeug-Fahrgestell 12 und der obere Abschnitt 11 an der Aufbaueinheit 1 befestigt ist. Die Aufbaueinheit 1 ist mit nicht dargestellten Mitteln am Fahrgestell 12 elastisch aufgehängt; dementsprechend sind die Abschnitte 10 und 11 des Luftansaugrohres 6 durch einen Balg 13 aus Kautschuk miteinander verbunden, der Relativbewegungen zwischen ihnen ausgleicht. Der Balg 13 ist auch so ausgebildet, daß sich die Abschnitte 10 und 11 leicht voneinander trennen lassen, um ein Abkippen der Aufbaueinheit 1 nach vorn zu ermöglichen.

Der Grobfilter 4 ist zu einer längsgerichteten, vertikalen Ebene symmetrisch aufgebaut; jede Filterhälfte 15 und 16 enthält mehrere sogenannte Durchströmzyklone 17, die keine beweglichen Teile aufweisen und mit nicht dargestellten festen Leitkörpern versehen sind, die auf die durchströmende Luft einwirken und sie in eine drehende Bewegung versetzen. Die Bewegung hat zur Folge, daß feste Verunreinigungen in der Luft durch die Wirkung der Zentrifugalkraft nach außen gegen die Zylinderfläche des Durchströmzyklons 17 geschleudert und über eine Öffnung 19 in der Wand des Durchströmzyklons in eine Schmutzsammeikammer 18 hinausgedrängt werden, welche die Durchströmzyklone 17 umschließt. Derartige Zyklone sind

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der Fachwelt bekannt und werden daher nicht näher beschrieben.

Es ist von Vorteil, wenn der Grobfilter 4 zwischen 20 und 30 Durchströmzyklone 17 enthält. Aus jedem Durchströmzyklon 17 strömt gereinigte Luft weiter in das Luftansaugrohr 6. Aus der Schmutzsammeikammer 18 führt je Filterhälfte 15 bzw. 16 ein Rohr 20 zu einem Filter 21, der über ein Rohr 23 auch mit einer beim gezeigten Beispiel von einer Venturi-Düse gebildeten Vakuumquelle 22 im Luftansaugrohr 6 in Verbindung steht. Dies bedeutet, daß ein im Luftansaugrohr 6 erzeugter Unterdruck über die Rohre 20 und 23 auf die Schmutzsammelkammer 18 des Grobfilters 4 übertragen wird. Nachfolgend werden die Rohre 20 und 23 gemeinsam als Saugrohr 20 bezeichnet.

Der Filter 21 enthält mehrere in einer Reihe oder anders angeordnete Umlenkzyklone 25, von denen nur einer gezeichnet ist. Derartige Umlenkzyklone sind der Fachwelt bekannt; ihre Beschreibung wird daher auf solche Angaben beschränkt, die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich sind. In den Umlenkzyklonen 25 wird die Luft nicht nur in eine drehende Bewegung versetzt, sondern auch ihre Strömungsrichtung um 180° geändert, bevor die Luft einen solchen Umlenkzyklon 25 verläßt. Der Umlenkzyklon 25 setzt sich aus zwei an den Enden offenen Rohren 26 und 27 zusammen, die einander auf einem Teil ihrer Länge konzentrisch umgeben. In dem so gebildeten kreisringförmigen Zwischenraum sind Leitkörper angeordnet, mit denen die Rohre 26 und 27 starr miteinander verbunden sind.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Umlenkzyklone 25 in einer Reihe in einer Mittelkammer 28 im Filter 21 angeordnet. Die entsprechenden Enden der Umlenkzyklone 25 sind an Endwänden 30 und 31 der Mittelkammer 28 befestigt. Löcher in den entsprechenden Endwänden 30 und 31 ermöglichen eine

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Strömung durch die Rohre 26 und 27, wobei Verunreinigungen in eine untere Schmutzsammeikammer 32 im Filter 21 und gereinigte Luft in eine obere Kammer 33 im Filter 21 geleitet wird. Die Kammer 33 steht über das Rohr 23 mit der Vakuumquelle 22 in Verbindung.

Das Reinigen im Filter 21 geschieht folgendermaßen: Die verunreinigte Luft aus der Schmutzsammeikammer 18 des Grobfilters 4 wird durch das Saugrohr 20 hindurch der Mittelkammer 28 des Filters 21 zugeleitet. Die Luft wird somit entsprechend einem in die Zeichnung eingezeichneten Pfeil nach unten durch den mit Leitkörpern versehenen Zwischenraum zwischen den Rohren 26 und 27 im Umlenkzyklon 25 angesaugt. Die Leitkörper erteilen der Luft eine drehende Bewegung, wonach der im engen Rohr 26 herrschende Unterdruck auf die Luft einwirkt, um sie um 180° umzulenken und in die obere Kammer 33 zu richten, aus der sie in die von der Venturi-Düse gebildete Vakuumquelle 22 im Luftansaugrohr 6 weiterströmt. In der Zeichnung ist die Strömungsrichtung im Luftrohr mit einem am oberen Abschnitt des Rohres 26 beginnenden Pfeil angegeben.

Zusammen mit der Umlenkung führt die Drehung der Luft dazu, daß in ihr mitgeführte feste Verunreinigungen in die untere Schmutzsammeikammer 32 ausfallen, in deren unterem Teil ein sogenanntes Staubventil 35 angeordnet ist, welches von zwei einander gegenüber angeordneten Lippen aus Kautschuk gebildet ist. Infolge der Schwingungen im Fahrzeug während der Fahrt oder wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet und im Filter 21 kein Unterdruck mehr erzeugt wird, öffnet sich das Staubventil 35 und entleert alle angesammelten Verunreinigungen ins Freie.

Die Vakuumquelle 22 ist in Strömungsrichtung vor dem Balg 13 angeordnet, wodurch die Reinigungsvorrichtung mit dem Grobfilter 4, dem Saugrohr 20 mit Filter 21 und der Vakuumquelle 22

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eine in sich zusammenhängend aufgebaute Einheit bilden, welche mit der Aufbaueinheit 1 des Fahrzeuges elastisch verbunden ist. Eine solche Einheit läßt sich ohne weiteres auch auf andere Verbrennungsmotor-Anordnungen anwenden, beispielsweise auf Verbrennungsmotoren, die in Lastkraftwagen und Baumaschinen oder in mobile oder stationäre Kompressoren eingebaut sind.

Gegenüber anderen Formen der Leitungsverengung bietet die dargestellte Venturi-Düsen-Verengung die vorteilhafte Kombination eines geringen Druckverlustes im Ansaugluftsystem und eines hohen Unterdruckes an der Verbindungsstelle des Saugrohres 20 mit dem Luftansaugrohr 6. Diese Verbindungsstelle ist dort angeordnet, wo die Venturi-Düse die engste Stelle des Luftansaugrohres 6 bildet. Zur Erzielung der gewünschten Wirkung sollte der Strömungsquerschnxtt an der engsten Stelle der Venturi-Düse etwa zwischen 25% und 75% des Strömungsquerschnitts des Luftansaugrohres' 6 betragen.

Bei Grobfiltern des vorstehend beschriebenen Typs, die für Dieselmotoren in Schwerfahrzeugen geeignet sind, hat sich jedoch herausgestellt, daß die als Vakuumquelle benutzte Leitungsverengung im Luftansaugrohr nicht einen Druckverlust hervorrufen sollte, der den Druckverlust über den Grobfilter übersteigt. Ein größerer Druckverlust an der Verengungsstelle und ein sich daraus ergebender höherer Unterdruck in der Schmutzsammeikammer .des Grobfilters erhöhen den Reinigungsgrad im Grobfilter nicht so, als daß sich damit die Verkleinerung des zulässigen Druckverlustbereiches des Filters ausgleichen ließe. Diese Verkleinerung ist die Folge des erhöhten Druckverlustes über die Verengungsstelle, da das Ansaugluftsystem als Ganzes für einen bestimmten größten Druckverlust ausgelegt ist, der nicht überschritten werden darf. Somit werden die Intervalle für die Auswechslung und/oder die Reinigung des Feinfilters kürzer, da bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Feinfilter den verhältnismäßig niedrig eingestellten

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höchsten zulässigen Druckverlustwert erreicht, weniger Zeit vergeht als vorher, trotzdem der Reinigungsgrad des Grobfilters erhöht worden ist und der Feinfilter somit reinere Luft als vorher geliefert hat.

Mit der dargestellten Reinigungsvorrichtung wurden hinsichtlich eines erhöhten Reinigungsgrades im Grobfilter 4, eines niedrigen Druckverlustes über die Leitungsverengung und dadurch längerer Intervalle für den Austausch des Feinfilters 7 gute Ergebnisse erzielt, wenn die Vakuumquelle 22 in der Lage war, etwa 6% des den Durchströmzyklonen 17 zugeführten Luftstromes durch das Saugrohr 20 abzuziehen. Bei praktischen Versuchen wurde dies mit einer Venturi-Düse erreicht, die den Strömungsquerschnitt des Luftansaugrohres 6 um etwa 45% verkleinerte. Der genannte Teilstrom von 6% durch das Saugrohr 20 führt dazu, daß der Reinigungsgrad eines bestimmten Grobfilters der beschriebenen Art sich von 70% bei unterdrucklosem Saugrohr 20 auf 90% bei unter Unterdruck stehendem Saugrohr 20 erhöht. Um eine merkliche Erhöhung des Reinigungsgrades im Grobfilter 4 zu erreichen, sollte der Teilstrom durch das Saugrohr 20 wenigstens 2% des dem Grobfilter 4 zugeleiteten Gesamtluftstromes betragen.

Die Vakuumquelle 22 kann von anderen, mehr oder weniger speziell ausgebildeten Leitungsverengungen gebildet sein.

In diesem Falle kann die Ejektorwirkung im Luftansaugrohr auch zur Erzeugung von Unterdruck im Saugrohr 20 ausgenutzt werden. Es können auch verschieden aufgebaute Filter verwendet werden.

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D-8000 MÜNCHEN 90 1 -54 190 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (083) 66 20 ji

TELEGRAMM: PROTECTPATENT

telex: j 24 070

Ansprüche

IIj Reinigungsvorrichtung für die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors mit einem im Luftansaugrohr (6) des Verbrennungsmotors angeordneten Grobfilter (4) und einem dem Grobfilter (4) nachgeschalteten Feinfilter (7), wobei die Luft im Grobfilter (4) in solche Bewegung versetzt wird, daß feste Verunreinigungen in eine Schmutzsammeikammer (18) abgeschieden werden, aus der sie über ein Saugrohr (20), das an eine Vakuumquelle (22) angeschlossen ist, abgesaugt werden, wogegen die im Grobfilter (4) gereinigte Luft durch das Luftansaugrohr (6) zum Feinfilter (7) weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet , daß das von der Schmutzsammeikammer (18) wegführende Saugrohr (20) an einer in Strömungsrichtung hinter dem Grobfilter (4) gelegenen Stelle mit dem Luftansaugrohr (6) verbunden ist, dieser Anschluß an das Luftansaugrohr (6) die Vakuumquelle (22) für den Unterdruck im Saugrohr (20) bildet und das Saugrohr (20) zwischen seinen Verbindungsstellen mit der Schmutzsammeikammer (18) des Grobfilters (4) und dem Luftansaugrohr (6) einen Filter (21) zum Abscheiden fester Verunreinigungen aus der durch das Saugrohr (20) strömenden Luft aufweist.
2. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 für den Verbrennungsmotor eines Fahrzeuges, bei dem eine Aufbaueinheit (1) an einem Fahrgestell (12) aufgehängt ist, -dadurch ge kennzeichnet , daß wenigstens der Grobfilter (4), das Saugrohr (20) mit dem darin eingebauten Filter (21) und der die Vakuumquelle (22) bildende Abschnitt des Luftansaugrohres (6) an der Aufbaueinheit (1) befestigt sind.

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3. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungsstelle des Saugrohres (20) mit dem Luftansaugrohr (6) in eine Leitungsverengung (22) im Luftansaugrohr (6) mündet.
4. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet , daß die LeitungsVerengung (22) nach Art einer Venturi-Düse ausgebildet ist und an der engsten Stelle einen Strömungsquerschnitt hat, dessen Größe eine Verkleinerung des Strömungsquerschnittes des Luftansaugrohres (6) um wenigstens 25% bildet.
5. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der von der Vakuumquelle (22) erzeugte Unterdruck in der Lage ist, wenigstens 2% des in den Grobfilter (4) einfließenden Luftstromes umzuleiten.
6. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Vakuumquelle (22) im Luftansaugrohr (6) einen erhöhten Druckverlust hervorruft, der kleiner ist als ein im Grobfilter (4) erzeugter Druckverlust.
7. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Filter (21) im Saugrohr (20) von an sich bekannter Ausbildung ist, bei der die Luft in solche Bewegung versetzt wird, daß feste Verunreinigungen in eine untere Schmutzsammeikammer (32) abgeschieden werden, die ein Bodenventil (Staubventil 35) aufweist, das die Verunreinigungen selbsttätig ins Freie entleert.
8. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Grobfilter (4) mehrere an sich bekannte Durchströmzyklone (17), und der Filter (21) im Saugrohr (20) mehrere Umlenkzyklone (25) aufweist.

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