DE3041547C2 - - Google Patents

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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02Air cleaners
    • F02M35/08Air cleaners with means for removing dust, particles or liquids from cleaners; with means for indicating clogging; with by-pass means; Regeneration of cleaners
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung für die An­ saugluft eines Verbrennungsmotors mit einem im Luftansaug­ rohr des Verbrennungsmotors angeordneten Grobfilter und einem dem Grobfilter nachgeschalteten Feinfilter, wobei die Luft im Grobfilter in solche Bewegung versetzt wird, daß feste Ver­ unreinigungen in eine Schmutzsammelkammer abgeschieden wer­ den, aus der sie über ein Saugrohr, das an eine Vakuumquelle angeschlossen ist, abgesaugt werden, wogegen die im Grobfil­ ter gereinigte Luft durch das Luftansaugrohr zum Feinfilter weitergeleitet wird.
Eine solche Reinigungsvorrichtung ist bekannt (DE-GM 66 05 913).
Bei Verbrennungsmotoren, die in staubender Umgebung arbeiten, die beispielsweise in Baustellenfahrzeugen vorgesehen sind, wer­ den zum Reinigen der einströmenden Luft immer verwickelter aufgebaute Reinigungsvorrichtungen vorgesehen. Dabei ist zu be­ achten, daß die Filter keinen zu großen Druckverlust im An­ saugsystem des Verbrennungsmotors hervorrufen dürfen und daß die zum Auswechseln oder Reinigen der Filter erforderlichen Zeitabstände nicht zu kurz sein dürfen. Um diesen Anforderun­ gen ohne übermäßigen Raumbedarf zu genügen, wird mit einem vorgeschalteten Grobfilter mit Schmutzabsaugung gearbeitet. Dabei ist es bekannt, als Grobfilter einen Zyklonfilter vorzu­ sehen.
Bei der bekannten Reinigungsvorrichtung geht das an die Schmutzsammelkammer angeschlossene Saugrohr von einem Punkt im Ansaugbereich des Kühlergebläses aus, das somit als Vakuum­ quelle benutzt wird. Desweiteren ist die Möglichkeit der An­ ordnung eines gesonderten Gebläses oder eines Ejektors ange­ sprochen, der mit einem Gebläse oder durch die Abgase des Ver­ brennungsmotors betrieben wird und die Vakuumquelle für die Schmutzabsaugung bilden kann.
Diese bekannten Ausbildungen sind, soweit sie mit Gebläsen arbeiten, vergleichsweise teuer und mit der Gefahr betrieb­ licher Störungen belastet. Im übrigen ergeben sich durch die Nutzung vorhandener Gebläse wie auch der Abgasströmung un­ günstig lange Rohrleitungen, was insbesondere für Schwerfahr­ zeuge gilt, bei denen der Grobfilter über dem Fahrerhaus an­ geordnet ist. Hier entstehen auch zusätzliche Dichtungsproble­ me, wenn das Fahrzeug mit einem kippbaren Fahrerhaus ausge­ stattet ist. Ein mit der Abgasströmung betriebener Ejektor macht im übrigen die Verwendung teurer Werkstoffe erforder­ lich, die den korrodierenden Abgasen standhalten.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Reinigungsvorrichtung einfach, kompakt, wirksam und stö­ rungsunanfällig auszubilden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das von der Schmutzsammelkammer wegführende Saugrohr an einer in Strömungsrichtung hinter dem Grobfilter gelegenen Stelle in eine die Vakuumquelle für den Unterdruck im Saugrohr bildende Leitungsverengung des Luftansaugrohrs mündet und das Saug­ rohr zwischen seinen Verbindungsstellen mit der Schmutzsammel­ kammer des Grobfilters und dem Luftansaugrohr einen Filter zum Abscheiden fester Verunreinigungen aus der durch das Saug­ rohr strömenden Luft aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung werden keine getrennten Bauteile für die Vakuumquelle benötigt. Das ver­ einfacht nicht nur die Vorrichtung sondern erhöht insbesonde­ re ihre Betriebssicherheit. Durch den Filter im Saugrohr ist gewährleistet, daß die durch das Saugrohr abgezweigte Luft in gereinigtem Zustand in die Leitungsverengung einströmt und damit wieder in das Luftansaugrohr zurückgeführt wird.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Danach ist es vorteil­ haft, den Grobfilter, das Saugrohr mit seinem Filter und die Leitungsverengung des Luftansaugrohres an einer Aufbaueinheit an einem Fahrgestell aufzuhängen. Die Reinigungsvorrichtung benötigt dann keine Verbindungsstelle, die Bewegungen zwi­ schen dem Fahrgestell und der Aufbaueinheit ausgleichen müßte. Somit werden Schwierigkeiten vermieden, die sich anderenfalls bei der Abdichtung solcher Verbindungsstellen ergeben würden.
Zweckmäßig ist auch die selbsttätige Entleerung der Verunrei­ nigungen aus der Schmutzsammelkammer des dem Saugrohr zuge­ ordneten Filters. Diese Entleerung erfolgt ohne Absaugung. Eine entsprechende selbsttätig wirkende Entleerung mittels eines Bodenventils ist bekannt, beispielsweise in Form eines Lippen-Rückschlagventils (DE-AS 12 55 988) .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an­ hand einer schematischen Zeichnung beschrieben. Diese zeigt eine an der Rückwand des Fahrerhauses eines Lastkraftwagens angeordnete Reinigungsvorrichtung in einer Sicht in Fahrt­ richtung, wobei zur Verdeutlichung Teilschnitte und wegge­ brochene Teile vorgesehen sind.
Der dargestellte Abschnitt einer beim gezeigten Beispiel von einem Fahrerhaus gebildeten Aufbaueinheit 1 eines Lastkraft­ wagens hat eine Rückwand 2, an der mit nicht dargestellten Mitten die Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung be­ festigt ist. Die Reinigungsvorrichtung enthält einen Grob­ filter 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 Luft­ ansaugrohr 6 Ansaugluft nach unten zu einem Feinfilter 7, aus dem die Ansaugluft über ein Rohr 8 zu einem nicht dar­ gestellten 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 Auf­ baueinheit 1 ist mit nicht dargestellten Mitteln am Fahr­ gestell 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 ausgebil­ det, 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 17 in eine Schmutzsammelkammer 18 hinausgedrängt werden, welche die Durchströmzyklone 17 umschließt. Derartige Zyklone sind der Fachwelt bekannt und werden daher nicht näher be­ schrieben.
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 Schmutzsammelkammer 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 ge­ bildeten 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 Schmutzsammel­ kammer 18 des Grobfilters 4 übertragen wird. Nachfolgend werden die Rohre 20 und 23 gemeinsam als Saugrohr 20 bezeich­ net.
Der Filter 21 enthält mehrere in einer Reihe oder anders an­ geordnete 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 Strömungs­ richtung 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 ein­ ander auf einem Teil ihrer Länge konzentrisch umgeben. In dem so gebildeten kreisringförmigen Zwischenraum sind Leit­ körper angeordnet, mit denen die Rohre 26 und 27 starr mit­ einander verbunden sind.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Umlenkzyklone 25 in einer Reihe in einer Mittelkammer 28 im Filter 21 an­ geordnet. 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 Strömung durch die Rohre 26 und 27, wobei Verunreinigungen in eine untere Schmutzsammelkammer 32 im Filter 21 und gerei­ nigte Luft in eine obere Kammer 33 im Filter 21 geleitet wird. Die Kammer 33 steht über das Rohr 23 mit der Vakuum­ quelle 22 in Verbindung.
Das Reinigen im Filter 21 geschieht folgendermaßen: Die ver­ unreinigte Luft aus der Schmutzsammelkammer 18 des Grob­ filters 4 wird durch das Saugrohr 20 hindurch der Mittel­ kammer 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, wo­ nach 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 ge­ bildete Vakuumquelle 22 im Luftansaugrohr 6 weiterströmt. In der Zeichnung ist die Strömungsrichtung im Luftrohr mit einem am oberen Abschnitt des Rohres 26 beginnenden Pfeil an­ gegeben.
Zusammen mit der Umlenkung führt die Drehung der Luft dazu, daß in ihr mitgeführte feste Verunreinigungen in die untere Schmutzsammelkammer 32 ausfallen, in deren unterem Teil ein sogenanntes Staubventil 35 angeordnet ist, welches von zwei einander gegenüber angeordneten Lippen aus Kautschuk ge­ bildet 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 Verunrei­ nigungen ins Freie.
Die Vakuumquelle 22 ist in Strömungsrichtung vor dem Balg 13 angeordnet, wodurch die Reinigungsvorrichtung mit dem Grob­ filter 4, dem Saugrohr 20 mit Filter 21 und der Vakuumquelle 22 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 Bau­ maschinen oder in mobile oder stationäre Kompressoren ein­ gebaut sind.
Gegenüber anderen Formen der Leitungsverengung bietet die dargestellte Venturi-Düsen-Verengung die vorteilhafte Kom­ bination eines geringen Druckverlustes im Ansaugluftsystem und eines hohen Unterdruckes an der Verbindungsstelle des Saugrohres 20 mit dem Luftansaugrohr 6. Diese Verbindungs­ stelle ist dort angeordnet, wo die Venturi-Düse die engste Stelle des Luftansaugrohres 6 bildet. Zur Erzielung der ge­ wünschten Wirkung sollte der Strömungsquerschnitt 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 Schmutzsammelkammer des Grobfilters erhöhen den Reinigungs­ grad im Grobfilter nicht so, als daß sich damit die Ver­ kleinerung des zulässigen Druckverlustbereiches des Filters ausgleichen ließe. Diese Verkleinerung ist die Folge des er­ höhten Druckverlustes über die Verengungsstelle, da das An­ saugluftsystem als Ganzes für einen bestimmten größten Druck­ verlust 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 höchsten zulässigen Druckverlustwert erreicht, weniger Zeit vergeht als vorher, trotzdem der Reinigungsgrad des Grob­ filters erhöht worden ist und der Feinfilter somit reinere Luft als vorher geliefert hat.
Mit der dargestellten Reinigungsvorrichtung wurden hinsicht­ lich eines erhöhten Reinigungsgrades im Grobfilter 4, eines niedrigen Druckverlustes über die Leitungsverengung und dadurch längerer Intervalle für den Austausch des Fein­ filters 7 gute Ergebnisse erzielt, wenn die Vakuumquelle 22 in der Lage war, etwa 6% des den Durchströmzyklonen 17 zu­ geführten Luftstromes durch das Saugrohr 20 abzuziehen. Bei praktischen Versuchen wurde dies mit einer Venturi-Düse er­ reicht, 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 Unter­ druck stehendem Saugrohr 20 erhöht. Um eine merkliche Er­ höhung 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 6 auch zur Erzeugung von Unterdruck im Saugrohr 20 ausgenutzt werden. Es können auch verschieden aufgebaute Filter ver­ wendet werden.

Claims (7)

1. Reinigungsvorrichtung für die Ansaugluft eines Verbren­ nungsmotors mit einem im Luftansaugrohr (6) des Verbrennungs­ motors angeordneten Grobfilter (4) und einem dem Grobfilter (4) nachgeschalteten Feinfilter (7), wobei die Luft im Grob­ filter (4) in solche Bewegung versetzt wird, daß feste Verun­ reinigungen in eine Schmutzsammelkammer (18) abgeschieden werden, aus der sie über ein Saugrohr (20), das an eine Vakuum­ quelle (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 Schmutzsammelkammer (18) wegführende Saugrohr (20) an einer in Strömungsrichtung hinter dem Grobfilter (4) gelegenen Stelle in eine die Vakuumquelle für den Unterdruck im Saug­ rohr (20) bildende Leitungsverengung (22) des Luftansaug­ rohrs (6) mündet und das Saugrohr (20) zwischen seinen Ver­ bindungsstellen mit der Schmutzsammelkammer (18) des Grobfil­ ters (4) und dem Luftansaugrohr (6) einen Filter (21) zum Ab­ scheiden fester Verunreinigungen aus der durch das Saugrohr (20) strömenden Luft aufweist.
2. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 für den Verbren­ nungsmotor eines Fahrzeuges, bei dem eine Aufbaueinheit (1) an einem Fahrgestell (12) aufgehängt ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Grobfilter (4), das Saugrohr (20) mit dem darin eingebauten Filter (21) und die Leitungsverengung (22) des Luftansaug­ rohres (6) an der Aufbaueinheit (1) befestigt sind.
3. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungs­ verengung (22) nach Art einer Venturi-Düse ausgebildet ist und an der engsten Stelle einen Strömungsquerschnitt hat, der ge­ genüber dem Strömungsquerschnitt des Luftansaugrohres (6) um wenigstens 25% verkleinert ist.
4. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Lei­ tungsverengung (22) erzeugte Unterdruck in der Lage ist, wenigstens 2% des in den Grobfilter (4) einfließenden Luft­ stromes durch das Saugrohr (20) umzuleiten.
5. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungsver­ engung (22) im Luftansaugrohr (6) einen Druckverlust hervor­ ruft, der kleiner ist als der im Grobfilter (4) erzeugte Druckverlust.
6. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (21) im Saugrohr (20) die Luft in solche Bewegung versetzt, daß feste Verunreinigungen in eine untere Schmutzsammelkammer (32) abgeschieden werden, die ein Bodenventil (35) aufweist, das die Verunreinigungen selbsttätig ins Freie entleert.
7. Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Grobfilter (4) mehrere Durchströmzyklone (17), und der Filter (21) im Saugrohr (20) mehrere Umlenkzyklone (25) aufweist.
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