DE102014009417A1

DE102014009417A1 - Vorrichtung zur Staubabscheidung in Rohluftbereich der Motorluftansaugung eines Fahrzeug, insbesondere eines Nutzfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014009417A1
Application number: DE102014009417.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Gerg; Thomas Heindl
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-12-24
Also published as: CN105298695A; RU2696652C2; CN105298695B; RU2015124244A3; BR102015010968A2; EP2960483A1; DE102014009417A8; RU2015124244A; EP2960483B1; BR102015010968B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Staubabscheidung im Rohluftbereich einer Motorluftansaugung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wobei die Vorrichtung ausgangsseitig ein Staubaustragventil (2) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Staubaustragventil (2) eine Auslassöffnung (16) aufweist und sich der betriebsmäßig abgeschiedene Staub zumindest teilweise unmittelbar in einem Staubsammelbereich (18) vor der Auslassöffnung (16) ansammelt. Weiter weist das Staubaustragventil (2) ein Schließelement (22) auf, das in Auslassrichtung nach Außen öffenbar an der Auslassöffnung (16) angeordnet ist und das beim Motorbetrieb durch eine Schließkraft geschlossen ist. Das Staubaustragventil (2) ist mittels einer Öffnungs- und/oder Freiblaseinrichtung gesteuert und/oder automatisiert offenbar und/oder freiblasbar. Besonders bevorzugt weist das Staubaustragventil (2) im Innenbereich eine auf die Auslassöffnung (16) hin gerichtete Ausblaseinrichtung (24, 25) auf, mit deren Ausblasdruck das Schließelement (22) offenbar ist und im Staubsammelbereich (18) angesammelter Staub aus dem Staubaustragventil (2) in geeigneten Zeitabständen ausblasbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Staubabscheidung im Rohluftbereich einer Motorluftansaugung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Betätigung einer Vorrichtung zur Staubabscheidung im Rohluftbereich einer Motorluftansaugung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12 sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, nach Anspruch 13.
Die zum Betrieb einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs angesaugte Frischluft wird üblicherweise mit einem Staubfilter gereinigt. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen für einen staubintensiven Einsatz werden dazu aufwendige Vorrichtungen als sogenannte Grobstaubvorabscheider eingesetzt. Ein solcher allgemein bekannter Grobstaubvorabscheider als Multizyklon weist an seinem Eingang eine Mehrzahl von Drallelementen auf, die einströmende Frischluft in Rotation versetzten. Durch die damit entstehenden Zentrifugalkräfte werden Staubpartikel an umgebenden Wänden abgeschieden. Die abgeschiedenen Staubpartikel fallen nach unten in einen Staubbunker, der an seiner Unterseite ein Staubaustragventil aufweist. Nach den Drallelementen wird die vorgereinigte Motorfrischluft durch Tauchrohre in einen gemeinsamen Ansaugkanal geleitet und als vorgereinigte, entstaubte Motorfrischluft über den Staub- bzw. Hauptfilter der Brennkraftmaschine zugeführt.
Die durch den Staubvorabscheider angesaugte Frischluft kann je nach den Gegebenheiten und Fahrzeugeinsätzen zusätzlich zum Staub auch Wasser enthalten, welches zusammen mit dem Staub abgeschieden wird. Dies kann zu einem Verkleben des abgeschiedenen Wasser-Staubgemisches führen, wodurch das Staubaustragventil verklebt und deaktiviert wird. Dies führt zu einem stetigen Füllen des Staubbunkers und nach Erreichen des vollen Füllvermögens reduziert sich der Abscheidegrad unzulässig auf Null.
Es ist daher erforderlich, die Anweisung des Fahrzeugherstellers zu befolgen und das Staubaustragventil in geeigneten Zeitabständen, beispielsweise bei einem staubintensiven Einsatz einmal am Tag, manuell durch Betätigen eines Schließelements zu öffnen, wodurch das Staubaustragventil bei evtl. Verklebungen und Verklumpungen wieder in seiner Funktion aktiviert wird. Eine solche manuelle Betätigung des Staubaustragventils wird von Fahrzeugfahrern teils aus Vergesslichkeit, teils aus Bequemlichkeit oft unterlassen oder zu spät durchgeführt, so dass damit die Staubabscheidung praktisch wirkungslos ist. Dadurch kann nicht entstaubte Frischluft in den Staub- bzw. Hauptfilter gelangen und dadurch die Staub- bzw. Hauptfilterstandzeit erheblich reduzieren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit einfachen und kostengünstigen Maßnahmen die Funktion der Vorrichtung zur Staubabscheidung im Rohluftbereich der Motorluftansaugung sicherzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Staubaustragventil eine Auslassöffnung aufweist und der betriebsmäßig abgeschiedene Staub zumindest teilweise in einem Staubsammelbereich vor der Auslassöffnung gesammelt wird. Weiter weist das Staubaustragventil ein Schließelement auf, das in Auslassrichtung offenbar an der Auslassöffnung angeordnet ist und diese beim Motorbetrieb durch eine Schließkraft geschlossen hält. Das Staubaustragventil ist zudem mittels einer Öffnungs- und/oder Freiblaseinrichtung gesteuert und/oder automatisiert öffenbar und/oder freiblasbar, so dass keine umständliche manuelle Betätigung des Staubaustragsventils mehr erforderlich ist.
Bevorzugt ist das Staubaustragventil mit einer auf die Auslassöffnung hin gerichteten steuerbaren Ausblaseinrichtung als Öffnungs- und/oder Freiblaseinrichtung ausgerüstet, mit deren Ausblasdruck das Schließelement öffenbar und im Staubsammelbereich angesammelter Staub aus dem Staubaustragventil in geeigneten Zeitabständen ausblasbar ist.
Damit wird vorteilhaft zu definierten Zeiten und/oder in definierten Zeitintervallen das Staubaustragventil automatisch geöffnet und freigeblasen. Der Ausblasdruck, die Ausblaszeit und die verwendete Luftmenge ist den jeweiligen Gegebenheiten so anzupassen, dass ein sicheres Öffnen und Ausblasen angesammelten Staubs aus dem Staubaustragventil auch bei kritischen Bedingungen mit hohem Staub und Wasseranfall gewährleistet ist.
Mit einem so automatisierten Staubaustragventil ist eine manuelle Bedienung mit der Möglichkeit von Unterlassungen und Fehlbedienungen nicht mehr erforderlich und eine gute Funktion der Staubabscheidung ist sichergestellt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Ausblaseinrichtung eine Ausblasdüse auf, die vor der Auslassöffnung vor dem Staubsammelbereich angeordnet und auf diesen hin gerichtet ist. Die Ausblasdüse kann dabei etwa mittig in einem rohrförmigen Ventilkörper angeordnet sein. Eine solche Ausblasdüse ist bevorzugt mit einer Ausblas- bzw. Pneumatikleitung mit einer steuerbaren, vorzugsweise pneumatischen, Druckquelle verbunden. Insbesondere pneumatische Druckquellen als Druckspeicher sind in Fahrzeugen, und hier insbesondere in Nutzfahrzeugen, regelmäßig ohnehin vorhanden, so dass eine solche Ausblasvorrichtung einfach und kostengünstig realisiert werden kann.
Zweckmäßig wird eine solche Ausblas- bzw. Pneumatikleitung über ein Steuerventil mit der, zum Beispiel pneumatischen, Druckquelle des Fahrzeugs verbunden. Ein solches Steuerventil kann je nach den Gegebenheiten und nach Bedarf nach vorgegebenen Zeitzyklen und/oder bei vorgegebenen Betriebsbedingungen für einen Ausblasvorgang angesteuert und kurzzeitig geöffnet werden. Beispielsweise kann das Steuerventil uhrzeitgesteuert einmal oder mehrmals am Tag oder zündschlossgesteuert bei jedem Startvorgang für die Ausblasfunktion kurzzeitig geöffnet werden.
Eine besonders einfach und kostengünstig zu realisierende Ausführungsform wird erreicht, wenn die Ausblas- bzw. Pneumatikleistung eine Entlüftungsleitung von einem Handbremssteuerventil ist, welche bei jedem Einlegen einer pneumatischen Feststellbremse Luft abbläst.
Das vorstehende Staubaustragventil mit der automatisierten Staubaustragfunktion kann vorteilhaft in Verbindung mit bekannten, serienmäßig verbauten Staubabscheidern verwendet werden, ohne dass dort Änderungen vorgenommen werden müssen. Insbesondere kann ein solches Staubaustragventil weiterhin in Hochachsenrichtung gesehen vertikal unten am Staubbunker angeschlossen werden, wobei dann vorzugsweise der am Staubbunker angeschlossene Ventilkörperbereich mit einer definiert vorgegebenen Krümmung in den die Ausblasöffnung aufweisenden Staubsammelbereich übergeht. Beispielsweise kann der rohrförmige Ventilkörper hier schräg nach unten, insbesondere mit einem Winkel von ca. 120°, zur Auslassöffnung hin verlaufen. Mit einem solchen Schrägbereich kann dort die Staubansammlung für die Ausblasfunktion begünstigt werden. Je nach den konkreten Ausgestaltungen und Gegebenheiten kann beim Ausblasvorgang auch noch Staub aus dem vorgelagerten Staubbunker nachfallen und mit ausgeblasen werden.
Als Schließelement können unterschiedliche, an sich bekannte Elemente, beispielsweise Lippen aus Elastomermaterial verwendet werden. Als gut geeignetes und einfaches Schließelement wird eine scharnierartig an einem Rand der Auslassöffnung angelenkte und in Auslassrichtung offenbare Klappe vorgeschlagen. Für die Funktion der Staubabscheidung während des Motorbetriebs ist es erforderlich, dass das Staubaustragventil und damit die öffenbare Klappe sicher geschlossen ist. Die Schließkraft für diese Klappe kann zum Beispiel durch einen betriebsmäßigen Unterdruck in der Staubabscheidung vor dem Staubaustragventil gegeben sein. Zudem oder auch alternativ kann eine Vorspannkraft, beispielsweise durch ein Filmscharnier, auf die Klappe für einen luftdichten Verschluss bei einem Motorbetrieb aufgebracht werden. Eine solche Schließkraft ist jedenfalls so in Verbindung mit der Dimensionierung der Ausblasvorrichtung einzustellen, dass durch den Ausblasdruck die Schließkraft überdrückbar und die Klappe öffenbar ist.
Die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ergebenden Vorteile sind identisch zu den vorstehend genannten Vorteilen; insofern wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehend gemachten Ausführungen verwiesen.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen vertikalen Schnitt durch einen Teil eines Grobstaubabscheiders mit einem erfindungsgemäßen Staubaustragventil,
2 eine vergrößerte Darstellung des unteren Bereichs aus 1 mit einem Teil-Querschnitt durch das Staubaustragventil,
3 eine vergrößerte, perspektivische Darstellung des Staubaustragventils, und
4 das Staubaustragventil nach 3 in einer gedrehten Ansicht.
In 1 ist ein Grobstaubvorabscheider 1 in einem Vertikalschnitt dargestellt, wie er bei Nutzfahrzeugen für staubintensive Einsätze verwendet wird. Dieser Grobstaubvorabscheider 1 ist mit einem erfindungsgemäß automatisierten Staubaustragventil 2 ausgerüstet.
Der Grobstaubvorabscheider 1 weist an Eingangsöffnungen 3 für die Ansaugung staubversetzter Frischluft (Pfeile 4) jeweils Drallelemente 5 auf, welche in den übereinander angeordneten Ansaugrohren 6 die staubversetzte einströmende Frischluft in Rotation versetzt an (dargestellt durch Pfeile 7). Durch die damit erzeugte Zentrifugalkraft werden die in der Frischluft enthaltenen Staubpartikel 8 an der Innenwand der Ansaugrohre 6 abgeschieden und gelangen von dort nach unten in einen Staubbunker 9. Die vorgereinigte entstaubte Motorfrischluft (Pfeile 10) gelangt durch von hinten mit kleineren Außendurchmesser in die Ansaugrohre 6 eingesteckte Tauchrohre 11 in einen gemeinsamen Frischluftkanal 12, wo ein gemeinsamer vorgereinigter und entstaubter Motorfrischluftstrom (Pfeil 13) von der Brennkraftmaschine angesaugt wird.
Unten am Staubbunker 9 ist das Staubaustragventil 2 angeschlossen, das weiter im Detail anhand der 2 bis 4 erläutert wird:
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, ist das Staubaustragventil 2 in der Art eines Rohrbogens ausgebildet mit einem Muffenteil 14 für einen vertikalen dichten Anschluss an die Unterseite des Staubbunkers 9. Vom Muffenteil 14 verläuft der rohrförmige Ventilkörper 15 bogenförmig schräg nach unten hin zu einer Auslassöffnung 16. Die Schräge weist hier beispielhaft einen Winkel 17 von 120° auf. Durch diese an sich beliebig vorgebbare Schrägstellung wird hier im unteren Bereich im Ventilkörper 15 vor der Auslassöffnung 16 ein Staubsammelbereich 18 gebildet, wie dies insbesondere in 2 aus dem teilweisen Querschnitt des Staubaustragventils 2 ersichtlich ist.
Die Auslassöffnung 16 ist hier durch ein horizontal verlaufendes flaches, mit dem Ventilkörper 15 fest verbundenes Lippenteil 19 und eine um eine Klappachse 20 aufklappbare (Pfeil 21) Klappe 22 gebildet, wobei die Klappe 22 ebenfalls ein flaches vorderes Lippenteil 23 aufweist. Im dargestellten geschlossenen Zustand des Staubaustragventils 2 liegen die beiden Lippenteile 19 und 23 dicht aufeinander, wobei der geschlossene Zustand betriebsmäßig durch einen Ansaugunterdruck im Grobstaubvorabscheider 1 gehalten wird.
Wie aus der Schnittdarstellung in 2 ersichtlich, weist das Staubaustragventil 2 zudem zentral eine Ausblasdüse 24 auf, die vor dem Staubsammelbereich 18 und der Auslassöffnung 16 zentral im Ventilkörper 15 angeordnet und mit ihrer Düsenöffnung zur Auslassöffnung 16 hin gerichtet ist. Die Ausblasdüse 24 ist mit einer Pneumatikleitung 25 als Entlüftungsleitung an ein (nicht dargestelltes) Handbremssteuerventil einer pneumatischen Feststellbremse angeschlossen über die bei jedem Einlegen der Feststellbremse kurz Luft zur Entlüftung und zum Druckabbau im Federspeicher des Steuerventils abgeblasen wird. In den 3 und 4 sind Anschlussnippel 26 für die Pneumatikleitung 25 dargestellt.
Die dargestellte Vorrichtung zur Staubabscheidung hat folgende Funktion: bei jedem Einlegen der Feststellbremse wird ein kurzer Luftstoß in der Pneumatikleitung 25 und der Ausblasdüse 24 erzeugt, durch den die Klappe 22 geöffnet und Staub aus dem Staubsammelbereich 18 ausgeblasen wird. Die so ausgebildete Ausblasvorrichtung funktioniert sicher und einfach ohne zusätzliche Magnetventile und Steuerungen.
Bezugszeichenliste

1: Grobstaubvorabscheider
2: Staubaustragventil
3: Eingangsöffnungen
4: Pfeile
5: Drallelemente
6: Ansaugrohre
7: Pfeile
8: Staubpartikel
9: Staubbunker
10: Pfeile
11: Tauchrohre
12: Frischluftkanal
13: Pfeil
14: Muffenteil
15: Ventilkörper
16: Auslassöffnung
17: Winkel
18: Staubsammelbereich
19: Lippenteil
20: Klappachse
21: Pfeil
22: Klappe
23: Lippenteil
24: Ausblasdüse
25: Pneumatikleitung
26: Anschlussnippel

Claims

Vorrichtung zur Staubabscheidung im Rohluftbereich einer Motorluftansaugung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wobei die Vorrichtung ausgangsseitig ein Staubaustragventil (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Staubaustragventil (2) eine Auslassöffnung (16) aufweist und sich der betriebsmäßig abgeschiedene Staub zumindest teilweise unmittelbar in einem Staubsammelbereich (18) vor der Auslassöffnung (16) ansammelt, dass das Staubaustragventil (2) ein Schließelement (22) aufweist, das in Auslassrichtung nach Außen öffenbar an der Auslassöffnung (16) angeordnet ist und das beim Motorbetrieb durch eine Schließkraft geschlossen ist, und dass das Staubaustragventil (2) mittels einer Öffnungs- und/oder Freiblaseinrichtung gesteuert und/oder automatisiert öffenbar und/oder freiblasbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Staubaustragventil (2) im Innenbereich eine auf die Auslassöffnung (16) hin gerichtete Ausblaseinrichtung (24, 25) aufweist, mit deren Ausblasdruck das Schließelement (22) öffenbar ist und im Staubsammelbereich (18) angesammelter Staub aus dem Staubaustragventil (2) ausblasbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblaseinrichtung eine Ausblasdüse (24) aufweist, die vor der Auslassöffnung (16) vor dem Staubsammelbereich (18) angeordnet und auf die Auslassöffnung (16) hin gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblasdüse (24) mittels einer Ausblasleitung (25) mit einer steuerbaren Druckquelle, insbesondere mit einer steuerbaren pneumatischen Druckquelle, verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblasleitung (25) über ein Steuerventil mit der Druckquelle des Fahrzeugs verbunden ist, und dass das Steuerventil nach vorgegebenen Zeitzyklen und/oder bei vorgegebenen Betriebsbedingungen für einen Ausblasvorgang ansteuerbar und öffenbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblasleitung (25) eine Entlüftungsleitung von einem Handbremssteuerventil des Fahrzeugs ist, welche bei jedem Einlegen einer pneumatischen Feststellbremse Luft abbläst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Staubaustragventil (2) an einem vorgelagerten Staubbunker (9) in Hochachsenrichtung gesehen unten an der Staubabscheidevorrichtung (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Staubaustragventil (2) mit einem, vorzugsweise in etwa vertikal ausgerichteten, Ventilkörperbereich eines rohrförmigen Ventilkörpers (15) in Hochachsenrichtung gesehen unten am Staubbunker (9) angeschlossen ist, und dass der am Staubbunker (9) angeschlossene Ventilkörperbereich mit einer definiert vorgegebenen Krümmung in den die Ausblasöffnung (16) aufweisenden Staubsammelbereich (18) übergeht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Staubsammelbereich (18) und damit die Ausblasöffnung (16) in Hochachsenrichtung gesehen nach schräg unten geneigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement eine scharnierartig an einem Rand der Auslassöffnung angelenkte und in Auslassrichtung öffenbare Klappe (22) ist, die mit einer, vorzugsweise durch einen betriebsmäßigen Unterdruck vor dem Staubaustragventil (2) und/oder durch eine Vorspannkraft bewirkten, definierten Schließkraft die Auslassöffnung (16) beim Motorbetrieb luftdicht geschlossen hält, und dass die Klappe (22) so ausgelegt ist, dass eine vorhandene Schließkraft durch den Ausblasdruck überdrückbar und damit die Klappe (22) offenbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Staubabscheidung vor dem Staubaustragventil (2) und/oder vor einem gegebenenfalls vorgelagerten Staubbunker (9) einen Grobstaubvorabscheider (1) als Multizyklon mit einer Wirkungsweise über eine Drallerzeugung aufweist.
Verfahren zur Betätigung einer Vorrichtung zur Staubabscheidung im Rohluftbereich einer Motorluftansaugung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, wobei die ausgangsseitig ein Staubaustragventil (2) aufweist, insbesondere zur Betätigung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Staubaustragventil (2) eine Auslassöffnung (16) aufweist und sich der betriebsmäßig abgeschiedene Staub zumindest teilweise unmittelbar in einem Staubsammelbereich (18) vor der Auslassöffnung (16) ansammelt, dass das Staubaustragventil (2) ein Schließelement (22) aufweist, das in Auslassrichtung nach Außen öffenbar an der Auslassöffnung (16) angeordnet ist und das beim Motorbetrieb durch eine Schließkraft geschlossen ist, und dass das Staubaustragventil (2) mittels einer Öffnungs- und/oder Freiblaseinrichtung zu definierten Zeiten und/oder in definierten Zeitintervallen gesteuert und/oder automatisiert geöffnet und/oder freigeblasen wird, insbesondere im Innenbereich eine auf die Auslassöffnung (16) hin gerichtete Ausblaseinrichtung (24, 25) vorgesehen ist, mit deren Ausblasdruck das Schließelement (22) zu definierten Zeiten und/oder in definierten Zeitintervallen geöffnet und im Staubsammelbereich (18) angesammelter Staub aus dem Staubaustragventil (2) ausgeblasen wird.
Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einer Vorrichtung zur Staubabscheidung nach einem der vorstehenden Ansprüche.