DE837786C

DE837786C - Luftfilter fuer Zweitakt-Geblaese-Motoren

Info

Publication number: DE837786C
Application number: DEP49143A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Otto Elwert; Dr-Ing Adolf Schnuerle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-07-17
Filing date: 1949-07-17
Publication date: 1952-05-02

Description

Luftfilter für Zweitakt-Gebläse-Motoren

Die Erfindtuig bezieht sich auf Luftfilter für die

Ansaugluft voll Zweitakt-Benzin- oder -Diesel-

Dlotoi-en, (lic von einem Spülgebläse geliefert wird.

l)as Spiilgebläse kann ein Rootsgebläse oder ein

Schleudergel>l;ise sein, gegebenenfalls auch eine

Kolbenpumpe, die möglichst ölfreie Luft fördert.

Der \lotor ist insbesondere als Fahrzeugmotor für

den .\ntrieb von Stral.lenfahrzeugen bzw. für den

:lntriel> von :\c.kerbaufabrzeugen vorgesehen.

Die Filtertitig der Saugluft wurde bisher durch

Ü11>a(llilter mit einem bestimmten Ölvolumen, durch

\@t1.9Itifttilter mit großer ölbenetzter Oberfläche oder

durch 7vl:lonfilter vorgenommen, wobei letztere den

Staub der Saugluft durch Fliehkraftwirkung aus-

scliciden tin(l ihn in abgeschlossenen Räumen sam-

meln oder durch eine \tiswurföffnung ins Freie

auswerfen. Vielfach sind auch Kombinationen obiger

Filter verwendet. _\11e angeführten Filter, mit Aus-

nahnie des reinen Zyklonfilters, 1K-dürfen der War-

tung. Erstrebt sind völlig wartungsfreie Filter.

Bisher waren jedoch die Filter mit Wartung denen

ohne Wartung bezüglich des Reinigungsgrades

überlegen.

Der Zyklonfilter mit laufender Ausscheidung und

Abführung des Staubes ins Freie hatte bisher den

Nachteil, daß er bei niedrigen Drehzahlen und dabei

Luftgeschwindigkeiten den Staub nicht genügend

nach außen ausschleudert und insbesondere dabei

feinen Staut) nicht durch die Auswurföffnung in die

Außenluft befördert. Das Problem des Zyklonfilters

ist, auch feinsten Staub bei niedrigen und hohen

Drehzahlen des Motors und damit niedrigen und

hohen Luftgeschwindigkeiten gegen eine meist vor-

handene Gegenströmung an der Auswurföffnung ins

Freie zu befördern.

Gegenstand der Erfindung ist, wartungsfreie

Zvklonfilter für Zweitakt-Gel)läse-Motoren in ihrer

`'Wirkung dadurch ganz wesentlich zu verbessern,

daß das Druckgefälle der von dem Gebläse auf den vom Motor benötigten Spülluftdruck gebrachten Luft für die Entfernung des Staubes aus der Zelle des Zyklonfilters herangezogen wird, indem eine starke Luftströmung aus der Zelle nach der Außenluft durch die Auswurföffnung herbeigeführt wird.

Der Zyklonfilter gemäß der Erfindung kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung entweder zwischen Spütluftgebläse und Motorzylinder angeordnet werden, wobei die gesamte unter Druck befindliche Spülluft erst hinter dem Gebläse gereinigt wird und der Zyklonfilter dadurch unter Spülluftdruck steht. Nachteilig dabei ist, daß das Spülluftgebläse selbst ungereinigte Luft erhält und die Geräusche des Spülluftgebläses nicht durch den Filter gedämpft werden, da er druckseitig angebracht ist.
Oder es kann erfindungsgemäß der Zyklonfilter ohne Wartung jedoch auch auf der Saugseite des Spül-eblä ses angeordnet werden, wo er baulich besser unterzubringen ist, indem nur ein kleiner Teil der vom Spülgebläse geförderten und auf Spülluftdruck gebrachten Spülluft abgezweigt und dem Zvklonfilter durch eine besondere Leitung zugeführt wird. Der Anteil an der gesamten Spülluftmenge braucht beispielsweise nur i °/o zu betragen. 1>er Überdruck der Spülluft beträgt erfahrungsgemäß bei den in Frage kommenden Fahrzeu@ginotoren und den üblichen Zyklonbauarten ungefähr daS 20fache von dem Widerstand bzw. Unterdruck des Zyklonfilters. Demnach ist die Strahlgeschwindigkeit dieser abgezweigten Druckluft das .4- bis ,5fache der Luftgeschwindigkeit in der Zyklonzelle.
Die Druckluft soll ebenfalls durch Strahlpumpenwirküng eine heftige Strömung von Luft aus der Zvklonzelle durch die Auswurföffnung nach außen ergeben, so daß auch feinster Staub bei allen Motordrelizahlen mit Sicherheit ausgeworfen wird. Außerdem soll die kinetische Energie des Druckluftstrahles die Bewegung der Luft an der Umfangswand der Zyklonzelle entlang und am Boden der Zyklonzelle in der Nähe der Umfangswand und der _@uswurföffnung verstärken und so verhindern, daß die Rotationsgeschwindigkeit des dort befindlichen Luft- und Staubringes infolge der Oberflächenreibung an der Innenwand der Zyklonzelle abgebremst wird und der feine Staub in der Grenzschicht der Zyklonwände sich niederschlägt. Der Druckluftstrahl soll die Luft- und Staubteile in der Auswurfzone aufwirbeln und auf höhere Umfangsgeschwindigkeit bringen.
Die Strahlwirkung der Druckluft kann einerseits dadurch gebildet werden, daß die Druckluft in einer venturiartigen Düse in gleicher Richtung und tangential zu der Auswurfrichtung des Filters an der Auswurföffnung der Zyklonzelle vorbeigeführt wird, so daß die Wirkung einer Strahlsaugpumpe auf die Auswurföffnung entsteht und die dortige Luft und der Staub aus der Zelle leerausgesaugt wird.
Andererseits kann die Druckluft in das Innere der Zyklonzelle geführt werden und ebenfalls tangential zur Umfangswand auf die Auswurf-Z, .gerichtet werden, so daß eine starke Luftströmung von innen nach außen durch die Auswurföffnung entsteht. Die Strahldüse kann auch in einem gewissen Abstand von der Auswurföffnung etwa tangential zur Umfangswand der Zyklonzelle angeordnet sein, damit eine gewisse Weglänge für das Mitreißen der in der Zelle rotierenden Luft und der Staubteile und deren Ausschleuderung nach außen ermöglicht ist. Die erhöhte Geschwindigkeit der dortigen Luftschichten durch die Energie der Druckluft bewirkt ebenfalls eine starke Strömung von innen nach außen durch die Auswurföffnung und Mitreißen selbst des feinsten Staubes. In ähnlicher `''eise kann die Düse für die Strahlluft auch am Boden (der Zyklonzelle angeordnet sein und mehr oder weniger tangential auf die Auswurföffnung gerichtet sein oder ebenfalls um einen gewissen Betrag vor dieser, bezogen auf die kreisende Luftbewegung in der Zyklonzelle, angeordnet werden.
Damit ist ein vollkommen wartungsfreier Zyklonfilter für die Saugluft von Zweitakt-Gebläse-Motoren geschaffen, der einen wesentlich besseren Ausscheidungsgrad bei allen Drehzahlen als die bisher bekannten wartungsfreien Filter und die meisten Filter mit Wartung aufweist. Bei Viertakt-Otto-Motoren mit Aufladegebläse und Luftmengenre.gelung ist die vorliegende Erfindung nicht in gleichem Umfange möglich, weil bei kleinen Belastungen die Viertaktzylinder keine Luft mit Überdruck erhalten und auch das Gebläse nur bei druckseitiger Drosselklappe vor dieser Drosselklappe dabei Luft von einem bestimmten Überdruck hat.
Bei Zweitakt-Otto-Motoren mit Regelung der Luftmengen in Abhängigkeit von der Motorbelastung wird bei der Verwendung von Schleudergebläsen die Drosselklappe zweckmäßig auf der Druckseite des Gebläses angeordnet, damit vor dieser Drosselklappe Luft von möglichst großem Überdruck für den Luftfilter entnommen werden kann. Der Überdruck ist dabei größer als bei saugseitiger Drosselklappe.
Bei Zweitaktmotoren mit Spülluftgebläse ist eine wirksame Filterung der Saugluft durch Filter ohne Wartung deshalb besonders wichtig, weil solche Zweitaktmotoren bei gleichen Zylinderabmessungen, Drehzahlen und Zylinderzahlen, d. h. gleichem Hubraum, et%va die vierfache Luftmenge benötigen wie Viertaktmotoren. Der Zweitaktmotor hat dabei wohl etwa die doppelte Leistung wie der Viertaktmotor, die Zweitaktzylinder sind aber dieser vierfachen Luftmenge und dem darin enthaltenen Stautb ausgesetzt und erfordern zur Verhütung zu großer Abnutzung von Kolben, Kolbenringen und Zylindern deshalb eine besonders gute Reinigung der Saugluft. Infolge der großen Luftmenge sind auch die verhältnismäßig einfachen Zyklonfilter ohne Wartung sehr erwünscht, da beispielsweise Ul@badfilter entweder ein zu großes Bauvolumen ergeben würden oder zu oft gewartet werden müßten.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Abbildungen gezeigt und beschrieben. Es zeigt Abb. i schematisch einen Zweitaktmotor mit

einem \-on (lcr @iurl>el«-elle an-etriebenen Schleu-

I

derg(1)Iii,#e tind einem Zyklonfilter in der Druck-

lcittitig des Spülgebläses,

Abb. 2 schematisch einen. Zweitaktmotor mit

einem @chlcu(lergcbl<ise und einem Z_vklonfilter in

der Satiglcitung (les

_\1 ) 11. 3 (';"ei] 1.iitigssclinitt durch einen Z._N-klon-

tilter,

Abli. 4 einen Querschnitt des Zyklonfilters nach

\1>1>.3 1i111" durch die Lufteintrittsleitschaufelti

(dien und rechts durch die _\tiswtirföffnung und die

\'cnttii-i(liise für die Gebläsedruckluft unten,

.\1i1). ; ritten "I'cill:ingssclulitt durch eine

mit gc@i@illitcm IIo<len, derAuswurföffnungund

der Kiiiiiiiili(hing des Druckluftrohres,

.\1b11.6 cilicn Querschnitt des Zyklonfilters nach

_\11l1. 5 in I I('ilie der .\uswtirföffnung mit Drauf-

sicht auf (1e11 gci@-ölbten Boden der Filterzelle,

_M)1>. 7 cillcll ()tlel-scliiiitt des Zyklonfilters nach

\11l>. 3 in Höhe der Au:wurföffnung mit zwei ver-

scliiedeiien 1_agen (ler Kininündung des Druckluft-

rohres in dir z_@-lin,lricrlie> "mfan@rs@@-and derZvklon-

zelle. -

In .\b1>. i ist in schematischer Darstellung i der

.\rl>eitszvlin(Icr und 2 der _\rl)eitskolben, der in der

tintercii"f(>tl,unlastcllung während des Spülvor-

@@angcs @rczcichliet ist. 3 ist ein Spülkanal und I ein

.\tlslallkaiial. ; ist die Spülltiftdruckleitung des

Motors. (i ist (las von der Kurbelwelle mit gleich-

bleilmider l"licrsctzung angetriebene Schleuder-

gebläse ulid ; die ('#e1>!iisc(Iruckleitung. 8 ist ein

Zykl(iiitiltei- in der Spülluftdruckleitung zwischen

Gebliise und 'Motor. Der Zvklonfilter hat dadurch

nilfeil (1e11 v(illeli S1)iilluftül>erdruck gegenüber der

:\tißeiiltift.

In (1(r Alb. 2 ist ein ähnlicher -Motor gezeigt.

Gleiche "feile sind finit denselben Zahlen bezeichnet.

(o ist eine l)r(isscll;lalipe iu der Spülluftdruckleitung 5

zwischen (ielil:ise fi und 'Motorzylinder i zur Rege-

lung der Spülltiftinenge, wie dies lief 7weitakt-Otto-

Motoren zur Erzielung des richtigen Mischungsver-

liiiltiiisses t-on 1_tift und Kraftstoff nötig ist. Die

I)r(>sselklalil>c ist in nahezu geschlossener Stellung

1>e1 l_eerlaufl,etrieli gezeichnet. io ist die Saug-

leitung- (ics \-on der Kurbelwelle angetriebenen

Schleudergehliises 6 und ii rin Zyklonfilter am Be-

ginii (IleSer SZitigleittillg. 12 ist die Rohrleitung für

(las Zuführen der in der Gebläsedruckleitttng 7 vor

(ler @ruck(lr(>sselhlappe 9 von der gesamten Spül-

Itiftnieiige al>gezt@-elgten kleinen Pruckluftinenge

für (lcn Z@kloiiflter.

\\ :ilircii(1 die I.tiftgescllii-iii(ligl:eit in dein Zyklon-

lilter der .\tisfiilirtiiig nach Abb. i nicht größer ist

als hei ciiier üblichen _\nordtiutig des Zyklonfilters

iii der @auglcitutig eitles Motors und durch den Ge-

l,l;isc(lruch 1111i- (las spezifische Gewicht der Luft er-

li(ilit i#t, 1i 1r(1 lief (ler An(@rdnutig des Zvklonfilters

hach .\1>l). 2 dir der in der Zvklon-

zclle krciscnden l.tift durch die Wirkung der zu-

sätzlicli zugefiilirten 1)rticl;ltiftvorteilhaft auf höhere

l'mfaugsgescht@-in(ligkeit, ilisl>esondere in der Nähe

der _\usit-urfi>ttnung, gebracht, so daß nicht nur das

\usi@-crfcn (Ios bereits ausgeschiedenen Staubes ver-

bessert wird, sondern auch das Ausschleudern des

Staubes selbst verbessert wird.

In den folgenden Abbildungen ist der Zyklon-

filter in wesentlich größerem Maßstabe gezeichnet.

Der Weg der Luft im Zyklonfilter ist durch ausge-

zogene Pfeile, der Weg des Staubes durch punk-

tierte Linien dargestellt.

In den Abb. 3 und 4 ist 13 die zylindrische Um-

fangswand, 14 der Boden, 15 das Austrittsrohr und

16 der Lufteintritt mit Eintrittsleitschaufeln der

Zyklonzelle. Die Abb. q. zeigt einen Querschnitt der

Zyklonzelle links in der Höhe der Eintrittsleit-

schaufeln und des Austrittsrohres und rechts knapp

über dem Boden der Filterzelle. 17 ist die Auswurf-

öffnung für den Staub, 18 das Anschlußrohr für die

Geblä sedruckluft und 19 die Ausbildung des An-

schlußrohres als Venturidüse, außen an der Aus-

wurföftnutig zur Erzielung eines Unterdruckes

durch die dadurch gebildete Strahlsaugpumpe.

In (len Abb. 5 und 6 ist das Bodenstück einer

Zvkloiizelle finit hochgezogenem Boden gezeigt. 13

ist die zN-liiidrisclie Umfangswand, 14 der äußere

flache Teil des Bodens und 2o der hochgezogene

innere Teil des Bodens derZyklonzelle. 17 ist wieder

die :\uswurföffnung, 21 das Zuleitungsrohr für die

Gel>läsedruckluft und 22 dessen Mündung ini

Zvklonl>oclen. Der Druckluftstrahl ist hier auf die

Ati:Nx-urföttnung zugerichtet. Er kann auch gegen-

über der gezeichneten Stellung im Sinne der Be-

wegungsrichtung der kreisenden Luft vor- oder

zurückverdreht sein. Der Luftstrahl soll ein Aus-

weichen der Staubteile nach innen an der Auswurf-

öffnung verhindern und durch seine kinetische

Energie eine starke Luftströmung von innen nach

außen durch die Auswurföffnung erzeugen und die

umgebende Luft mit dem Staub mitreißen. Der

Querschnitt der Auswurföffnung ist dabei vorteil-

liaft größer als der -Mündungsquerschnitt des Rohres

für die Druckluft. Dabei ist durch den verhältnis-

mäßig großen Querschnitt der Auswurföffnung ein

Verstopfen dieser Öffnung mit Sicherheit vermieden.

In der =\111i. 7 ist ein Querschnitt des Boden-

stückes einer Zvklonfilterzelle mit ebenem oderhoch-

gezogenem Boden gezeigt, bei dem die Dntckluft

tangential zur Innenseite der zylindrischen Um-

fangswand zugeführt wird. 17 ist wieder die Aus-

wtirfÖffl1ut1g, 23 die Zuleitung für die Druckluft, die

hier um einen gewissen Zentriwinkel vor der Aus-

wurföffnung angebracht und auf diese zu gerichtet

ist. 25 ist eine gestrichelt gezeichnete andere Lage

der Druckhiftzuleitung, die hier um einen wesentlich

größeren Winkel vor die Auswurföffnung vorverlegt

ist. Es ist auch möglich, den Zentriwinkel kleiner

als den Winkel 24 zu machen und den Druckluft-

strahl unmittelbar auf die Auswurföffnung oder

deren Zunge zu richten. Auch hierbei wird zweck-

mäßig der Querschnitt der Auswurföffnung größer

als der Mündungsquerschnitt des Druckluftrohres

gemacht.

Es ist auch möglich, die beschriebene Erfindung

an Zyklonzellen anderer Formgebung als der ge-

zeichneten, beispielsweise mit kegeligen Umfangs-

w:inden und kugelig hochgezogenen Böden der

Zyklonzelle, zu verwenden, auch an solchen, die noch

mit anderen Filterbauarten kombiniert sind. Bei

größeren Motoren können mehrere gleiche Zyklon-

filter zur Bewältigung der großen Spülluftmenge

parallel geschaltet und mit Druckluft von dem Spül-

luftgebläse über eine verzweigte Rohrleitung ver-

sorgt werden.

Die Verwendung von Gebläsedruckluft für die

wesentliche Steigerung ,der Wirkung des Zyklon-

filters und Ermöglichung eines völlig wartungsfreien

Luftfilters nach der Erfindung ist besser als bei-

spielsweise die Verwendung von Auspuffgasen oder

von Luft aus dem Bremskompressor und auch wir-

kungsvoller als die Verwendung von Kühlluft bei

luftgekühlten Motoren, da deren Überdruck nur

etwa ein Fünfzigstel von dem des Spülluftdruckes

beträgt. Bei der Verwendung von Bremsluft sind

komplizierteDruckminderungsventile und Steuerun-

gen notwendig, die die Luftgeschwindigkeit in Ab-

hängigkeit der Drehzahl regeln müßten. Bei der

Verwendung von Auspuffgasen ist ebenfalls nur ein

verhältnismäßig geringer Überdruck vorhanden und

der Nachteil, daß dem Zyklonfilter Verbrennungs-

gase statt Frischluft, heiße Gase statt kalter Luft

zugeführt werden und die Gefahrder Verschmutzung

des Filters, der Zuleitung und der Auswurföffnung

besteht.

Die Erfindung eignet sich gleich gut für Diesel-

motoren wie für Benzinmotoren, ferner für

Schleudergebläse oder für Rootsgebläse als Spül-

gebläse von Zweitaktmotoren. Bei Kolbenpumpen

als Spülgebläse ist das Arbeiten auf einen gemein-

samen Spülluftraum dabei vorteilhaft. Es muß

jedoch vermieden werden, daß die Druckluft zum

Zyklonfilter Schmieröl enthält, da sonst die Zyklon-

Zelle und insbesondere die Auswurföffnung durch

ein Gemenge von 01 und Staub sich immer mehr

zusetzen und damit die Wirkung der Zyklonzelle

verlorengeht und mehr die Wirkung eines Filters

mit ölbenetzter Oberfläche entsteht, der häufiger

Wartung bedarf.

Es ist auch möglich, sowohl außen Druckluft für

die Strahlsaugpumpenwirkung als auch innen

Druckluft für die Aufwirbelung und Geschwindig-

keitssteigerung der Luft in der Zyklonzelle zuzu-

führen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Luftreiniger nach dem Zyklonprinzip für die Spülluft von Zweitakt-Otto- oder Diesel- Motoren mit von der Kurbelwelle angetriebenem Spülluftgebläse, insbesondere für Fahrzeug- motoren für Straßenfahrzeuge und -Ackerbau- fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Spülluftgebläse (6) geförderte und auf den vom Motor benötigten Spülluftdruck verdichtete Spülluft zur Entfernung des Staubes aus der Zyklonzelle durch Bildung eines Druckgefälles an der Auswurföffnung (17) herangezogen wird. 2. Luftreiniger nach Anspruch i, dadurch ge-

kennzeichnet, dafl der Zyklonfilter (8) auf der Druckseite des Spülgebläses (6) zwischen dem Gebläse (6) und den Motorzylindern (i) ange- ordnet. i,st und von der gesamten Spülluft mit Spülluftdruck durchströmt wird (Abb. i). 3. Luftreiniger nach Anspruch i, dadurch ge- kennzeichnet, daß nur ein verhältnismäßig kleiner Teil der vom Spülgebläse (6) geförderten und auf Spülluftdruck verdichteten Spülluft der Zyklonzelle (i i) durch eine besondere Leitung (12) zugeführt wird, während der Filter auf der Saugseite des Gebläses (6) angeordnet ist (Abb. 2). 4. Luftreiniger nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zweitakt-Otto- Motoren mit Schleudergebläse und Regelung der Spülluftmenge die Drosselklappe (9) auf der Druckseite des Schleudergebläses (6) ange- ordnet ist und die Druckluft für die Zyklonzelle (i i) vor der Druckdrosselklappe (9) von der Spülluftmenge abgezweigt wird (Abb.2). 5. Luftreiniger nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezweigte Druckluft außen an der Auswurföffnung(17) der Zyklonzelle in einem als Venturidüse (i9) aus- gebildeten Rohr vorbeigeführt wird, so daß an der Auswurföffnung (17) ein Unterdruck durch Saugstrahlpumpenwirkung entsteht (Abb. 4)- 6. Luftreiniger nach den Ansprüchen i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Spül- luft abgezweigte Druckluft innen in der Zyklon- zelle zugeführt wird und durch Strahlpumpen- wirkung eine Strömung von innen nach außen durch die Auswurföffnung (17) erzeugt (Abb. 6). 7. Luftreiniger nach den Ansprüchen 1, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- mündung der Druckluft in die Zyklonzelle tan- gential zur Umfangswand (13) in einem ge- wissen Abstand vor der Auswurföffnung (17), bezogen auf die kreisende Bewegung der Luft in der Zyklonzelle, erfolgt (Abb. 7). B. Luftreiniger nach den Ansprüchen 1, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufüh- rung der Druckluft in dem Boden (14, 20) der Zyklonzelle erfolgt, wobei die Richtung des Druckluftstrahles auf die Auswurföffnung (17) zu gerichtet ist oder mehr tangential zur Um- fangswand (13) vor der Auswurföffnung (17), bezogen auf die kreisende Luftbewegung, ge- richtet ist. 9. Luftreiniger nach den Ansprüchen i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Auswurföffnung (17) größer ist als der Quer- schnitt der Einmündungsleitung (22) der Ge- bläsedruckluft in die Zvklonzelle. io. Luftreiniger nach den Ansprüchen i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Druckluft sowohl außen an der Zyklonzelle als auch innen in der Zyklonzelle zugeführt wird.