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Luftfilter einer Brennkraftmaschine Es sind Luftfilter für Brennkraftmaschinen
in Zyklonbauart bekannt, bei denen die Wirbelkammer an ihrem oberen Ende einen tangentialen
Lufteintritt aufweist und an ihrer Mantelirnnenwand mit einer schraubenlinienförmig
gewundenen Staubabführleiste versahen ist, die in der Drehrichtung des Zyklons-
von der Lufteintrittsstelle nach dem Boden der Wirbelkammer verläuft und hier in
eine mit einer Sta:ubausbluseöffnung versehene Auffangtasche mündet. Bei Luftfiltern
dieser Art hat es sich jedoch gezeigt, daß die Reinigung beso@näers bei geringer
Drehzaihl der B@rennkraftmasch.ine ungenüg,end ist -und -daiher verhältnismäßig
viel .Staub in den Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine gelangt.
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Man hat. auch. schon vorgeschliagen, bei einem Staubabscheider in-
Zyklon'bau-art das tangential ein- und axial ausströmende Gas, noch durch einten
auf dem Boden der Wirbelkammer sitzenden Mantelfilter zu führen, der schuppenartig
.abgedeckte Schlitze au,fweis,t. Diese .Schlitze bewirken, daß .das. Gas scharf
umgelenkt tdurch . die Eilterzelllen strömt, wobei sowohl infolge dieser Umlenkung
als auch durch den Filter selbst eine weitere Reinigung zustande kommt. Obwohl dieser
bekannte Staubabscheider eine bessere Reinigung ergibt als: ,der zuerst genannte
Luftfilter, genügt er nicht. den Ihofien Anforderungen für schnell laufende, und
daher ,für Staub sehr empfindliche Brennkraftmaschine:n. Denn der tangentiale Luftwirlbe:lverliert
durch die Reibung an der Gehäusewand so, viel an Geschwindigkeit, daß er, wenn er,
in den Bereich des verlh.ältnismäßig tief liegenden, ,das heißt auf dem Boden der
Wirbelkammer ;sitzenden Mantelfilters
gelangt, 'sich schon beträchtlich
aufgelockert hat und seine Inneren, mit Staub durchsetzten Teile den Schlitzen des
Mantelfilters zustreben, zumal im Innern des Mantelfilters ein niedrigerer Druck
herrscht, der demgemäß einen Sog auf den Wirbel ausübt. Dadurch wird aber .die Geschwirndigkeit
des Zyklons weiter verringert, so .daß dieser praktisch den Boden nicht mehr erreicht,
sondern schon voxh.er scharf umgelenkt und schlecht gereinigt durch-.den Mantelfilter
abströmt, der, da es sich um einen Feinfilter handelt, nicht imstande ist, das durch
den Zyklon und durch die Umlenikung nur ungenügend gereinigte Gas vollkommen von
Staub zu befreien. Außerdem s.imd Filter -der zuletzt genannten Art nur in senkrechter
Stellung zu verwenden, während isie bei -länger anhaltender Schräglage versagen.
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Demgegenüber besteht die Erfindung, ausgehend von dem bekannten Luftfilter
der erstgenannten Art, darin, daß ein in an sich bekannter Weise parallelachsig
zur Wirbelkammer eingebauter bodenseitig geschlossener und auf der Gegenseite offener
Mantelfilter derart in der Wirbelkammer angeordnet ist, daß unterhalb .des. Filterbodens
ein freier, ,den unteren Teil der Staubabführleiste aufnehmender. und die mit der
Staubausb,laseöffnung versehene, Auffangtasche enthaltender Raum verbleibt, dessen
untere, durch den Fi@ltergehäuse@boden gebildete Begrenzung als Stauwand für .den
absteigenden Wirbelgang des Zyklons wirkt, so -daß der Zyklon auch noch einen aufsteigenden
inneren Wirbelgang innerlh.alb des zwischen denn Außenrn;antel dies Filters und
der Innenkante der Staubabführleiste vorhandenen Muntelraumes ausführen muß, .damit
die Verunreinigungen aus dem aufsteigenden inneren Wirbelgang in den absteigenden
äußeren (ersten) Wirbelgang zurückgeschleudert @verden.
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Durch,dieAnordnung des bodenseitig geschlossenen und auf der Gegenseite
offenen Mantelfilters: an der .höchsten Stelle .der Wirbelkammer ergibt sich der
entscheidende. Vorteil, daß die tangenÜal angesaugte oder eingeblasene und zu einem.
nach untere gerichteten Wirbel umgelenkte VPrb.rennu:ngs.-luft indolge ihrer oben
noch hohen ,Geschwindigkeit ohne wesentliche Auflockerung an dem Mantelfilter varbeis-trömt
und anschließend auf den Boden des Filtergehäuses trifft, wo sie eine Umlenkung
nach aufwärts erfährt und unter Bildung eines inneren Wirbels dem Mantelfilter zuströmt,
wobei nach den Gesetzen .der Potentialwirbel der innere Wirbel den: gleichen Drehsinn.,
jedoch eine höhere Winkelgeschwindi;gkeit als der Außenwirbel hat, .also eine nochmalige,
äußerst wirkungsvolle Stau:bauswirbelung stattfindet.
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Es liegt nun auf der Hand, daß .die, 'auf diese Weise verunreinigte
Verbrennungsluft nur noch eine geringe Menge Staub enthält, die ohne weiteres durch
die scharfe Umlenkung beim Eintritt in den Mantelfilter und .durch :diesen selbst
ausgeschieden werden kann, also ein praktisch staubfreier Luftstrom in die Verbrennungsräume
der Brennkraftmaschinegelangt. Diese varzügl.iche Reinigung beruht vor allem: .darauf,
.daß die Verbrennungsluft in vortei-lhaftemGegensatz zu bekannten Luftfiltern insgesamt
vier Reinigungsstufen .durchmachen muB, und, zwar die .übliche Staubauswir:belung
im absteigenden Wirbelgang, die Ausscheidung im. aufsteigenden Wirbel, die scharfe
Unilenkung beim Eintritt in den Mantelfilter und schließlich die Feinreinigung durch
den Filter selbst.
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Die erfindungsgemäßeAusführung des Luftfilters hat aber nicht nur
eine wesentlich bessere Reinigung der Verbrennungsluft zur Folge, sondern es wird
ferner .der -bedeutsame Vorteil erzielt,. :daß solche Filter auch im Gegensatz zu
den bekannten Filtern in ,Schräglage, ja sogar in waagerechter Lage mit einem (hohen
Wirkungsgrad arbeiten. Der neue Filter ist also lageunempfindlich. Diese Wirkung
entsteht vor ,allem durch den: zweiten, auf den Mantelfilter gerichteten Wirbelgang,
der, wie bereits erwähnt, :nach den Gesetzen oder Plotential winbel eine höhere
Geschwindigkeit als der erste Wirbelgang .hat, so daß die Fliehkraft auch bei geringer
Geschwindigkeit der angesaugten Luft groß genug ist, die Verunreinigungen auszuscheiden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Luftfilter ist es. berstellungstechni.sch
.günstig das Filteirgehäuse aus einem. Stück mit :dem Kühlluftkanal, zu fertigen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des. Erfind:ungsa ggenstandes
dlargesteHt, und zwar zeigt Fig. i eine Brennkraftmasch.ine mit eingebautem Luftfilter
im Aufriß, Fig. 2 den Grundriß dazu im Schnitt nach der Linie IZ-II der Fig. i,
Fig. 3 denGrundrißschnitt in vergrößertem Maßstab..
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Die .dargestellte luftgek"!hlte Bremskraftmaschine besitzt mit Kühlrippen,
2 versehene Arbeitszylinder i und ein Kühllufta bläst 3" -das mittels Keilriemen
q. angetrieben ist und die aus dem Freien angesaugte Luft in einen Luftkanal 5 fördert.
Von hier aus- teilt sich der Luftstrom in zwei Zweige. Der eine Zweig wird durch
die Kühlrippen 6 des: im Luftkanal befindlichen ölkühlers 7 gleichmäßig in die Querrichtung
umgelenkt und streicht hierauf an den Kühlrippen .2 der Zylinder vorbei.
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Der andere Zweig des Luftstroms, der längs der gekühlten Kanalwand
8 fließt, dient als Verbrennungsluft und strömt durdf die Eintrittsöffnung 9 in
tangentialer Richtung .in das Innere des Luftfilters io, dessen zylindrisches Gehäuse
i i aus einem Stück mit der Luftkanalverschalung 8 -besteht. Dieser Luftstrom wird
nun, längs der mit der Gehäusewand verbundenen schraubenlinienförmig verlaufenden
Leiste 13 nach, unten geführt, wobei die Staubteilchen durch die Fliehkraft nach
außen gegen die Gehäusewandi getrieben werden:. Vom unteren Ende der Schraubenleiste
13 weg st;rötnen :die Staubteilchen in eine aus, der äußeren Filtergehäuse-wand
nach innen vorstehende Staubawfnähmetasche 22, werden hier in die ständig offene
Austrittsöffnung 1q. geleitet und durch .diese mit einem geringen Teil der verwendeten
Luft infolge ihrer kinetischen Energie .und. des im Gehäuse herrschenden Überdruckes
ins Freie ausgeblasen.
Vorteilhafterweise wird .die Staubaustritts.öffnung
14 tangential am Filtergehäuse wie es in der Fig. 2 und 3 gezeigt ist.
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Ein unerwünschtes Hochwirbeln von bereits unten'angelangten .Staubpartikeln
kann infolge der g-,trofenen Vorkehrungen nicht stattfinden. Mit diesem. Troälcenausscheideprozeß
werden, wie Versuchsmessungen gezeigt haben, 9.o bis 950/G des g11samten Staubgehaltes
der zu filtrierenden Verbrennungsl,uft ausgeschieden. Der ausgeschiedene Staub kann
infolge der ihm innewohnenden kinetischen Energie direkt ins Freie ausgeblasen oder
durch eine an die Aus.blaseöffnung anges.chloissene Rohrleitung an eine geeignete
Stelle abgeführt werden, z. B. bei Fahrzeugen., so ,daß andere Anlageteile nicht
unerwünscht verschimutzt werden.
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Anschließ°nd an. diese erste und Hauptstaubausscheidungspiiase wird
der rasch und schraubenlinienförmig nach. ,dem unteren Filterende rotierende Luftstrom
nach oben, .das. heißt gegen die Austrittsöffnung zu umgelenkt und strömt nun entsprechend!
den Gesetzen der Potential:wi,rbel mit gleichem Drehsinn, jedoch mit höherer Winkelgeschwindigkeit
im Sinn der Pfeile i.g nac'h oben in den zwischen ,der Innenkante dler Leiste 13
und der Außenfläche 17 des Feinfilters IS befindlichen Ringraum und gegen den Feinfilter
15. Dabei werden eventuell hoch mitgerissene Staubteilchen nochmals auszentrifugiert
und gelangen damit nochmals in den äußeren absteigenden Luftwirbel. Der Feinfilter
ist auf der Unterseite durch ein Abschlußblech 16 verschlossen. Er ist so, bemessen,,
daß unterhalb des Abschlußbleches 16 im Gehäuse i i ein freier Raum, 12 verbleibt.
In seinen Mantelblechen 17 und i8 beefindliche Ein- und Austrittsschlitz--23 .bzw.
24. sind tangential -und der Luftströmung entgegengesetzt gerichtet. Der zwischen
diesen Mantelblechen angeordnete Feinfilter kann als Naßluftfilterpatrone IS ausgebildet
sein.
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Die einzelnen Stromfäden des inneren Wirbelmantels werden infolge
:dieser tangential- angeordneten Luftschlitze um igo° umgelenkt und treten hierauf
in die Filterpatrone ein, welche sie durch eine nochmalige Umlenkung um etwa i.8,o°
wieder im ursprünglichen Dre #hsinn des Wirbels verlassen.
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Infolge der scharfen Umlenkung des Luftstromes beim Eintritt in die
Filterpatrone und der damit verbundenen. Stau:bausschei:dung mu.ß nur noch. ein
kleiner Rest an Verunreinigungen durch die zwischen den Mantelflächen befindliche,
z. B. ölgetränkte Filterfüllung zurückgehalten werden.
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Nach, dem Austritt aus dem Innenmantel i18 des Feinfilters strömt
die gereinigte Verbrennungsluft in axialer Richtung aus :dem Innern. der Filterpatrone
nach den Lufteintrittskanälen 2o der Brennkraftmaschine. Wie aus der Zeichnung ersichtlich,
kann die Filterpatrone IS auf bequeme Weise durch die mit einem Deckel 21 verschlossene
Öffnung im Filtergehäuseoberteil ausgebaut und durch eine saubere Patrone ersetzt
werden.
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Vorteilhafterweise wird die Achse 25 der Filterpatrone IS bzw. der
Hohlzylinder 17,18 exzentrisch zur Achse 26 des Filtergehäuses i i angeordnet, wie
in Fig. 3 gezeigt, wobei der größte Abstand zwischen dem Zylinder 15 bzw. 17, 18
und der Gehäusewand i i an einer Stelle kurz nach, dem Eintritt der Luft in das.
Filtergehäuse vorgesehen ist. Durch ,diese Anordnung kann der Durchga.ngswiderstand
:des Filters ganz wesentlich verkleinert werden, was eingehende Versuche bewiesen
haben.
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Gegebenenfalls kann die Filterpatrone 15 weggelassen und durch. ein
entsprechend dimensioni-ertes Rohrstück ersetzt werden, @da die erste Filtrierphase
-bereits mit einem sehr hohen Staubausscheidegrad arbeitet. In diesem Fall erfordert
.der .Filter überhaupt keinen Unterhalt mehr, indem .der Staubanfall stets automatisch
auf d:ire'ktem Wege au.s. denn Filtergehäuse eliminiert wird.
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Für sogenannte Boxermotoren mit horizontal liegenden Zylindern und
Motoren in V- oder W -Anordnung kann der Luftfilter in bezug auf d,ie Zylinder in
gleicher Anordnung, wie es die Zeichnung zeigt, das heißt mit zu :den Achsender
Zylinder paralleler Achse verwendet werden. Die Achse des Filters liegt dann horizontal
oder geneigt im Raum. Da aber für die Staubausscheidung kein Ölbad vorhanden ist
und hierfür nicht die Wirkung der Schwerkraft, sondern die viel kräftigere der Bewegun.gsenerggie
eines. Zyklons @benutzt wird, ist die Lage der Filterachse im Raum praktisch be-.deutungslos.
Der Filter ist also lageunempfindlich.
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Bei Motoren, :die .mit konstanter Drehzahl arbeiten, "kann der optimale
Entstaubungsgrad, derart erreicht werden, daß der Querschnitt des Einlauf-#kan.als.
der durchströmenden Luftmenge angepaßt wird. Dies kann auf einfache Weise durch
Verändern der ,Stellung, z. B. :durch einfaches Abbiegen dir Einlaufzunge 28 geschehen.