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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftvorfilter zum Trennen von partikelförmigem Schmutz, der schwerer als Luft ist, von mit Schmutz belasteter Luft, um eine saubere Luftströmung bereitzustellen, wobei der Vorfilter umfasst:
- • ein Gehäuse mit Innenwänden, die einen Strömungsweg definieren, der sich von einem Eintritt zu einem Austritt des Gehäuses erstreckt,
- • Elemente, die in der Region des Gehäuseeintritts angeordnet und dazu konfiguriert sind, Luft, die an dem Gehäuse ankommt, so dass ein Wirbel von sich drehender Luft erzeugt wird, um sich in dem Strömungsweg zu bewegen, zu dem Gehäuseaustritt hin zu leiten, während Schmutz, der in der Luft enthalten ist, durch Fliehkräfte zu der äußeren Abgrenzung des Strömungswegs hin verdrängt wird,
- • eine Doppelwandkonstruktion in einem stromabwärtigen Teil des Gehäuses mit einer Innenwand, die einen zentralen Raum zum Durchtritt von sauberer, schmutzfreier Luft zu dem Gehäuseaustritt hin definiert, und einer Außenwand, die eine Verlängerung der Innenwände, die den Strömungsweg definieren, stromaufwärts der Doppelwandkonstruktion ist und die zusammen mit der Innenwand einen äußeren Umgebungsraum definiert, der dazu konfiguriert ist, einen Wirbelteil von Luft, die mit Schmutz belastet ist, aufzunehmen, der von dem zentralen Teil der Luftströmung getrennt ist, und
- • ein Mittel, das dazu konfiguriert ist, Schmutz aus dem Gehäuse zu entfernen, indem es diesen aus dem äußeren Umgebungsraum entfernt.
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Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Verwendung eines Luftvorfilters mit diesen Merkmalen beschränkt, sondern sie kann in Luftverteilungssystemen verschiedener Typen angeordnet sein, in denen es wichtig ist, eine saubere Luftströmung an einem Ort stromabwärts des Vorfilters zu erhalten. Ein derartiger Luftvorfilter kann beispielsweise in Lüftungssystemen und in einem Luftansaugrohr zu einem Verbrennungsmotor, der möglicherweise, jedoch nicht unbedingt in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, zum Entfernen von Partikeln aus der Luft, die mit einem Kraftstoff gemischt werden soll, bevor es an dem Motor und den Zylindern davon ankommt, angeordnet sein.
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In einem Vorfilter dieses Typs, der ein Fliehkraftpartikelabscheider ist, wird die Luft dementsprechend zum Wirbeln gebracht, so dass der Staub in der Luft, die in das Vorfiltergehäuse eintritt, zu der Außenseite des Wirbels herausgedrückt wird und die Luft im inneren Bereich des Wirbels dementsprechend von Partikeln freigesetzt wird, die näher zu dem Austritt des Gehäuses sind, so dass die Luftströmung, die in den zentralen Raum der Doppelwandkonstruktion eintritt, sauber sein wird und der äußere Teil des Wirbels, der in den äußeren Umgebungsraum eintritt, den Schmutz enthalten wird, der von der Luftströmung getrennt werden soll. Der Schmutz soll dann aus dem Gehäuse des Vorfilters entfernt werden, indem er aus diesem äußeren Umgebungsraum entfernt wird, während verhindert wird, dass Teile davon sich zurück bewegen und in die Luftströmung in dem zentralen Raum eintreten. Dies wurde bisher durch Verbinden des äußeren Umgebungsraums mit einer Ausstoßvorrichtung erreicht.
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STAND DER TECHNIK
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US 2014/0260129 A1 beschreibt einen Vorfilter mit einer Ausstoßvorrichtung zum Entfernen von Schmutz aus einem Luftvorfilter. Obwohl die Verbindung eines Luftvor-filters mit einer Ausstoßvorrichtung zu einer eher effizienten Funktion des Mittels zum Entfernen von Partikeln aus dem Luftvorfilter führt, haftet jedoch eine Reihe von Nachteilen der Verwendung eines derartigen Schmutzentfernungsmittels an.
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Im Fall eines Luftvorfilters, der in dem Luftansaugrohr zu einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, ist die Ausstoßvorrichtung normalerweise mit dem Auspuffrohr des Fahrzeugs verbunden, um eine Luftströmung von dem Vorfilter zu dem Auspuffrohr zu erzielen, so dass der Staub dann von dem Ansaugluftvorfilter zu den Abgaskanälen und wieder zu der Außenumgebung überführt wird. Das Erzielen der Umsetzung einer derartigen herkömmlichen Ausstoßvorrichtung kann eher kompliziert und dadurch teuer sein. Des Weiteren wird eine derartige Ausstoßvorrichtung die Luftströmung stromaufwärts des Luftvorfilters vermehren, was unangenehme Vibrationen und andere störende Geräusche verursachen kann. Die Begrenzung in der Auspuffanlage wird außerdem mit einer Ausstoßvorrichtung höher werden und dafür einen höheren Kraftstoffverbrauch verursachen.
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Die
US 4 008 059 A betrifft einen ein Hauptströmungsrohr umfassenden Zentrifugalseparator, der sich von einer ersten Rohrplatte bis zu einer zweiten Rohrplatte erstreckt. Ein Raum unterhalb einer dritten Rohrplatte bildet eine Zone mit gereinigter Luft. Wenn der Separator in einem Motor verwendet wird, wird der Luftreinigungsraum einem Einsaugunterdruck des Motors ausgesetzt, um Luft nach unten durch das Hauptströmungsrohr zu saugen und Luftentnahmerohre zu reinigen. Das Hauptströmungsrohr ist an seinem stromaufwärtigen Ende mit einem stationären Verwirbelungsmittel versehen, das eine zylindrische Nabe und vier Verwirbelungsschaufeln umfasst.
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Die
DE 202 11 125 U1 beschreibt mit einem Verwirbelungsvorrichtungskörper einer Brennkraftmaschine verbundene Flügel. Die Flügel sind schräg und radial an dem Verwirbelungsvorrichtungskörper montiert. Jeder der Flügel ist mit wenigstens einem Luftströmungsloch versehen, das an einer vorgeschriebenen Position ausgebildet ist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Luftvorfilter des in der Einleitung definierten Typs bereitzustellen, der in mindestens einem Gesichtspunkt in Bezug auf derartige bereits bekannte Luftvorfilter verbessert ist.
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Dieser Gegenstand wird erfindungsgemäß durch Bereitstellen eines derartigen Luftvorfilters mit den im kennzeichnenden Teil des angefügten Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen erzielt.
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Daher werden NACA-Hutzen auf der Außenseite der Innenwand der Doppelwandkonstruktion mit Eintrittsöffnungen in dem äußeren Umgebungsraum und Austrittsöffnungen in dem zentralen Raum angeordnet und so ausgerichtet, dass Luft im innersten Teil des äußeren Umgebungsraums in den zentralen Raum geleitet wird, um zu dem Gehäuseaustritt zu strömen. Ein Ergebnis davon wird sein, dass Luft, die in den äußeren Umgebungsraum der Doppelwandkonstruktion eintritt, aus diesem Raum durch einen Ausstoßvorrichtungstyp einer Saugwirkung entleert wird, während der Schmutz in dem äußeren Umgebungsraum belassen wird, da eine sehr geringe Energiemenge zum Abziehen der Luft aus dem äußeren Umgebungsraum durch derartige NACA-Hutzen erforderlich ist und diese Energie dafür für das Transportieren des Schmutzes mit der Luft durch diese Hutzen nicht ausreichend sein wird. Daher er-möglichen die NACA-Hutzen eine Luftströmung aus dem äußeren Umgebungsraum zu der Hauptsystemluftströmung in dem zentralen Raum zu dem Gehäuseaustritt hin. Des Weiteren werden sich derartige NACA-Hutzen nicht auf das Verhalten des äußeren Wirbels und dadurch nicht auf die Fliehkräfte der Partikel in dem äußeren Wirbel auswirken, so dass saubere Luft aus diesem Wirbel gezogen und zurück in die Hauptluftströmung geleitet wird. Dies bedeutet, dass Partikel in ihrer Umlaufbahn bleiben werden, die von dem Wirbel erzeugt wird, was eine Entfernung dieser aus dem Gehäuse ohne jegliches Erfordernis einer Verbindung einer herkömmlichen Ausstoßvor-richtung mit dem äußeren Umgebungsraum ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die NACA-Hutzen so angeordnet, dass die Eintrittsöffnungen in einer Linie mit der beabsichtigten Luftbewegungsrichtung in einem Wirbelteil, der an den NACA-Hutzen ankommt, ausgerichtet sind. Eine derartige Anordnung der NACA-Hutzen ist für eine effiziente Entfernung von Luft aus dem äußeren Umgebungsraum der Doppelwandkonstruktion günstig, während der Schmutz im Inneren dieses Raums belassen wird.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Innenwand mit NACA-Hutzen an unterschiedlich tiefen Stellen in den äußeren Umgebungsraum versehen, wie in der Richtung der Erstreckung des Strömungswegs zu sehen, und die Eintrittsöffnungen der NACA-Hutzen sind dazu konfiguriert, einen Winkel in Bezug auf eine allgemeine Erstreckung des Strömungswegs durch das Gehäuse zu bilden, der mit der Tiefe der Stellen zunimmt. Dies führt zu einer Anpassung des Winkels an die Richtungsänderung der Luft in dem Wirbelteil in dem äußeren Umgebungsraum, wenn der tiefer in den Raum eindringt, um einen effizienten Transfer von Luft, die frei von Schmutz ist, aus diesem Raum in den zentralen Raum und zu dem Austritt des Luftvorfilters hin zu erzielen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der äußere Umgebungsraum mit einem stromabwärtigen Boden versehen, der die Innenwand und die Außenwand der Doppelwandkonstruktion miteinander verbindet. Die Anordnung eines derartigen Bodens ermöglicht das Ansammeln von Schmutz, der von der Luft getrennt wurde, auf diesem Boden und gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Schmutzentfernungsmittel in diesem Boden angeordnet.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Luftvorfilter dazu konfiguriert, im Gebrauchszustand so angeordnet zu sein, dass der Strömungsweg sich von einem Eintritt zu einem Austritt, der niedriger als der Eintritt ist, erstreckt, und gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird das Schmutzentfernungsmittel in dem Boden angeordnet sein und umfasst ein Entleerungsventil, das in diesem Boden angeordnet ist, um sich zu öffnen, wenn ein vorherbestimmtes Gesamtgewicht des Schmutzes auf dem Boden ruht. Diese Art von Entleerung von Schmutz, der von der Luftströmung von dem Luftvorfilter getrennt wurde, wird hoch effizient sein, ohne die Nachteile des Aufweisens einer Ausstoßvorrichtung, die mit dem äußeren Umgebungsraum des Luftvorfilters zum Erzielen einer Entleerung des Schmutzes verbunden ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand, der die Innenwand und die Außenwand der Doppelwandkonstruktion trennt, 20 %-50 %, 20 %-40 % oder 20 %-30 % des Radius des zentralen Raums. Eine derartige Beziehung des Querschnitts des zentralen Raums in Bezug auf den Querschnitt des Raums, der von den Innenwänden des Gehäuses definiert wird, wird dazu geeignet sein sicherzustellen, dass die Luft, die direkt in den zentralen Raum der Doppelwandkonstruktion eintritt, keinen Schmutz enthalten wird und die mit Schmutz belastete Luft, die in den äußeren Umgebungsraum eintritt, effizient durch die NACA-Hutzen in die Luftströmung in dem zentralen Raum gezogen wird, während der Schmutz im Inneren des äußeren Umgebungsraums belassen wird.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Luftverteilungssystem gemäß dem angefügten unabhängigen Anspruch, der auf ein derartiges Luftverteilungssystem ausgerichtet ist. Die Vorteile davon und der Ausführungsformen eines derartigen Luftverteilungssystems, das in den abhängigen Ansprüchen definiert ist, gehen aus der obigen Erörterung des erfindungsgemäßen Luftvorfilters deutlich hervor.
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Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung eines Luftvorfilters und eines Kraftfahrzeugs, die in den entsprechenden angefügten Ansprüchen definiert sind.
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Weitere vorteilhafte Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden folgenden Beschreibung hervor.
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Figurenliste
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Unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen folgt nachstehend eine spezifische Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, die als ein Beispiel angeführt sind.
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In den Zeichnungen:
- 1 ist eine schematische Ansicht, die darstellt, wie ein erfindungsgemäßes Luftverteilungssystem, das einen erfindungsgemäßen Luftvorfilter enthält, in einem Kraftfahrzeug zum Bereitstellen von Luft für einen Verbrennungsmotor angeordnet werden kann,
- 2 ist eine partiell geschnittene schematische Ansicht eines Luftvorfilters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
- 3 ist eine vergrößerte Ansicht, die die Anordnung der NACA-Hutzen in einem Luftvorfilter gemäß 2 darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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1 stellt schematisch die allgemeine Struktur eines Luftverteilungssystems dar, in dem ein erfindungsgemäßer Luftvorfilter enthalten sein kann. Das Luftverteilungssystem ist zum Zuführen von Luft zu einem Verbrennungsmotor 1 eines Kraftfahrzeugs 2 angeordnet und weist einen Turbolader 3 und einen Kompressor 4, der in einem Ansaugrohr 5 zu dem Motor angeordnet ist, und eine Turbine 6 in dem Auspuffrohr 7 von dem Motor auf, die mit dem Kompressor 4 durch eine Welle 8 verbunden ist, die den Kompressor durch die Strömung von Abgasen antreibt, die auf die Turbinenschaufeln auftreffen. Ein Luftvorfilter 9 in der Form eines Fliehkraftpartikelabscheiders des Typs, zu dem der Luftfilter der vorliegenden Erfindung gehört, ist in dem Ansaugrohr 5 angeordnet, um Schmutz in der Form von Partikeln aus der Luftströmung zu entfernen, bevor sie den Motor erreicht.
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Ein Luftvorfilter 9 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zum Trennen von partikelförmigem Schmutz, der schwerer als Luft ist, von mit Schmutz belasteter Luft, um eine saubere Luftströmung bereitzustellen, ist in 2 gezeigt. Der Luftvorfilter weist ein Gehäuse 10 mit Innenwänden 11 auf, die einen Strömungsweg 12 definieren, der sich von einem Eintritt 13 zu einem Austritt 14 des Gehäuses erstreckt. Elemente in der Form von Leitschaufeln 15 sind in der Region des Gehäuseeintritts angeordnet und dazu konfiguriert, Luft, die an dem Gehäuse ankommt, so dass ein Wirbel 16 von sich drehender Luft erzeugt wird, um sich in dem Strömungsweg 12 zu bewegen, zu dem Gehäuseaustritt 14 hin zu leiten, während Schmutz, der in der Luft enthalten ist, durch Fliehkräfte zu der äußeren Abgrenzung des Strömungswegs hin verdrängt wird, d. h. näher zu den Innenwänden 11 gelangt, wenn er sich durch das Luftvorfiltergehäuse bewegt.
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Eine Doppelwandkonstruktion 17 ist in einem stromabwärtigen Teil des Gehäuses angeordnet, hier unmittelbar stromaufwärts des Austritts 14, mit einer Innenwand 18, die einen zentralen Raum 19 zum Durchtritt von sauberer, schmutzfreier Luft zu dem Gehäuseaustritt 14 hin definiert, und einer Außenwand 20, die eine Verlängerung der Innenwände 11, die den Strömungsweg 12 definieren, stromaufwärts der Doppelwandkonstruktion 17 ist. Die Innenwand 18 und die Außenwand 20 definieren zusammen einen äußeren Umgebungsraum 21, der dazu konfiguriert ist, einen Wirbelteil 22 von Luft, die mit Schmutz belastet ist, aufzunehmen, der von dem zentralen Teil 23 von im Wesentlichen sauberer, schmutzfreier Luft, die in den zentralen Raum 19 eintritt, getrennt ist.
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Die Außenseite 24 der Innenwand 18 der Doppelwandkonstruktion ist mit NACA-Hutzen 25 versehen, die Eintrittsöffnungen 26 in dem äußeren Umgebungsraum 21 und Austrittsöffnungen 27 in dem zentralen Raum 19 aufweisen. Diese NACA-Hutzen sind so angeordnet, dass die Eintrittsöffnungen 26 in einer Linie mit der beabsichtigten Luftbewegungsrichtung in dem Wirbelteil 22, der an den NACA-Hutzen ankommt, ausgerichtet sind. Dies bedeutet, dass NACA-Hutzen, die sich tiefer in dem äußeren Umgebungsraum 21 befinden, wie in der Richtung der Erstreckung des Strömungswegs zu sehen, mit den Eintrittsöffnungen 26 davon einen größeren Winkel in Bezug auf eine allgemeine Erstreckung des Strömungswegs durch das Gehäuse als NACA-Hutzen, die sich näher zu der stromaufwärtigen Kante 28 der Innenwand 18 befinden, bilden.
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Die allgemeine Funktion derartiger NACA-Hutzen ist wohl bekannt, was der Grund für ihre Verwendung beispielsweise an Motorverkleidungen von Sportwagen ist, und wird nun unter Bezugnahme auch auf 3 erläutert. Die Luft des Wirbelteils 22, der in den äußeren Umgebungsraum 21 der Doppelwandkonstruktion 17 eintritt, wird zu den NACA-Hutzen 25 gezogen und durch diese Hutzen in den zentralen Raum 19 gesogen, wie durch die Pfeile 29 gezeigt, und dank der sehr geringen Energie, die dafür erforderlich ist, wird der Schmutz im Inneren des äußeren Umgebungsraums zum Herunterfallen auf einen Boden 30 davon belassen, der die Innenwand und die Außenwand der Doppelwandkonstruktion miteinander verbindet. Luft, die die Wandabschnitte 31 erreicht, die die NACA-Hutzen 25 definieren, wird dadurch dazu beeinflusst, Strudel 32 zu verursachen, die sich entlang diesen Wandabschnitten 31 zu der Eintrittsöffnung 26 hin der NACA-Hutze 25 bewegen, wo sie in die NACA-Hutze gesogen wird, um die Luftströmung in dem zentralen Raum 19 zu erreichen.
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Ein Entleerungsventil 33 ist am Boden 30 angeordnet und wird sich öffnen, wenn ein vorherbestimmtes Gesamtgewicht des Schmutzes auf dem Boden ruht, um eine zuverlässige Entfernung des Schmutzes aus dem Luftvorfilter sicherzustellen und dass die Menge an Schmutz, die sich im Inneren des Luftvorfilters angesammelt hat, auf einem akzeptablen niedrigen Niveau gehalten wird.
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Die Erfindung ist selbstverständlich in keiner Weise auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, da viele Möglichkeiten zu Modifikationen davon einem Fachmann wahrscheinlich offensichtlich sind, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abweichen zu müssen, wie sie in den angefügten Ansprüchen definiert ist.
