DE3935095A1 - Partikelabscheider - Google Patents
PartikelabscheiderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen im Abgasstrom einer Brenn
kraftmaschine angeordneten Partikelabscheider gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-PS 8 31 177 ist ein Partikelabscheider nach dem
Gattungsbegriff bekannt, bei dem im Abgas einer Brenn
kraftmaschine vorhandene Partikel nach dem Zyklonprinzip
aus dem Abgas ausgeschieden und gesammelt werden. Zu die
sem Zweck wird der Rohabgasstrom in ein Gehäuse eingelei
tet, welches ein zu ihm konzentrisches Innenrohr trägt.
Das Innenrohr ist an seiner einen Seite zum Innenvolumen
des Gehäuses hin geöffnet und an seiner anderen Seite zu
einem Auspuff hin. Zwischen Innenrohr und Gehäuse ist eine
auf dem Innenrohr verlaufende Schraubenfläche angeordnet,
durch welche der am oberen Gehäuseende eingeleitete Roh
abgasstrom in einer schraubenförmigen Drehbewegung entlang
des Innenrohres nach unten strömt. Am unteren Ende des
Innenrohres, an dem die Schraubenfläche ebenfalls endet,
gelangt der Abgasstrom auf eine Prallfläche. Die durch die
Drallbewegung des Abgasstroms nach außen zur Gehäusewand
gelangten Partikel fallen nach unten und treten durch in
der Prallfläche angeordnete Schlitze in ein Sammelvolumen
aus. Das von den durch Zentrifugalkraft ausgeschiedenen
Partikeln gereinigte Abgas wird an der Prallfläche umge
lenkt und gelangt in das Innenrohr, durch welches es das
Gehäuse verläßt und zu einem Auspuff gelangt.
Von Nachteil bei diesem bekannten Partikelabscheider ist,
daß die gesamte Abgasmenge, unabhängig davon, welche Par
tikelmenge durch Fliehkraft schon abgeschieden ist, ent
lang der gesamten Schraubenfläche strömen muß und erst
nach Erreichen des Endes der Schraubenfläche auf die
Prallfläche auftrifft und in das Innere des Innenrohres
umgelenkt wird. Durch den langen Weg des Abgasstromes im
Partikelabscheider wird die Abgasströmung behindert und
der Strömungswiderstand steigt. Außerdem tritt ein Teil
des Abgasstromes zusammen mit den abgeschiedenen Partikeln
durch die Schlitze der Prallfläche in den Sammelraum und
verläßt denselben wieder durch diese Schlitze. Auch durch
diese Tatsache steigt der Strömungswiderstand im Parti
kelabscheider an.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Partikelab
scheider der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß
bei gutem Abscheidungsgrad der Strömungswiderstand des
Abscheiders gering gehalten wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich
nenden Teil des Haupt- bzw. Nebenanspruchs angegebenen
Merkmale gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausge
staltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und
der Beschreibung hervor.
Das konzentrisch im Gehäuse eines Partikelabscheiders
verlaufende Innenrohr, welches an seiner einen Seite ab
geschlossen ist und an seiner anderen Seite zu einem Aus
puff hin offen ist, weist über seine Oberfläche verteilte
Durchtrittsbohrungen für den Abgasstrom auf, der an einem
Ende in das Gehäuse eintritt. Zwischen Innenrohr und Ge
häusewandung ist eine wendelförmige Leiteinrichtung vor
gesehen, die den Rohabgasstrom in eine schraubenförmige
Drehbewegung versetzt. Durch die dabei entstehende Zen
trifugalkraft werden im Rohabgasstrom enthaltene Partikel
in Richtung auf die Gehäusewandung beschleunigt, während
die leichteren gasförmigen Bestandteile des Abgases an der
Oberfläche des Innenrohres entlang geführt werden. Dieser
von Partikeln derart gereinigte Teil des Abgases kann
durch die in der Oberfläche des Innenrohres angeordneten
Durchtrittsbohrungen in das Innere desselben eintreten und
zu einem Auspuff hin abströmen. Die abgeschiedenen Parti
kel werden gesammelt und treten über eine Öffnung aus dem
Gehäuse aus. Dadurch, daß das von Partikeln gereinigte
Abgas im Bereich der Oberfläche des Innenrohres durch die
Durchtrittsbohrungen direkt zum Auspuff gelangt und nicht
erst den gesamten Partikelabscheider durchströmen muß,
wird der Strömungswiderstand des Partikelabscheiders ge
senkt. Der Durchtritt der gereinigten Abgase durch diese
Durchtrittsbohrungen wird durch den sich in
Abgasströmungsrichtung verringernden Strömungsquerschnitt
zwischen Innenrohr und Gehäuse und den damit in Strö
mungsrichtung ansteigenden Strömungswiderstand erzwungen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an
hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 teilweise geschnitten einen erfindungsgemäßen
Partikelabscheider,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Partikelabscheiders,
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Par
tikelabscheider,
Fig. 4 vergrößert die Draufsicht auf eine spezielle
Ausführungsform einer der in den Fig. 1 bis 3
gezeigten Durchtrittsbohrungen,
Fig. 5 einen Schnitt durch diese Durchtrittsbohrung
gemäß der Schnittlinie V-V in Fig. 4,
Fig. 6 teilweise geschnitten einen Partikelabscheider.
In der Fig. 1 ist in einem Teilschnitt ein nach dem Ge
genstromprinzip arbeitender Partikelabscheider 1 darge
stellt, der eine Eintrittsöffnung 2 für die in Pfeilrich
tung 3 einströmenden Rohabgase einer nicht dargestellten
Brennkraftmaschine aufweist. Innerhalb des Gehäuses 4 und
konzentrisch zu diesem ist ein über seine Oberfläche ver
teilte Durchtrittsbohrungen 5 aufweisendes Innenrohr 6
angeordnet, dessen eines Ende 7 verschlossen ist und des
sen anderes Ende 8 zu einem Auspuff hin geöffnet ist. Der
Strömungsquerschitt zwischen der Wandung des Gehäuses 4
und dem Innenrohr 6 verringert sich in Strömungsrichtung 3
des Rohabgasstromes. Zwischen Innenrohr 6 und Gehäuse 4
ist eine wendelförmige Leiteinrichtung 9 vorgesehen, die
dem Rohabgasstrom einen Drall gibt, so daß dieser in einer
schraubenförmigen Drehbewegung durch den kanalförmigen
Strömungsquerschnitt zwischen der Leiteinrichtung 9 des
Partikelabscheider 1 strömt. Durch die dabei auftretende
Zentrifugalkraft werden die gegenüber den gasförmigen Be
standteilen eine größere Masse aufweisenden im Abgasstrom
mitgeführten Partikel nach außen zur Wand des Gehäuses 4
gedrängt, während in den Bereichen um das Innenrohr 6 ein
von diesen Partikeln gereinigtes Abgas vorliegt. Dieses
partikelfreie bzw. partikelarme Abgas am Innenrohr 6 kann
durch die über die Oberfläche des Innenrohres 6 verteilt
angeordneten Durchtrittsbohrungen 5 in Pfeilrichtung 10 in
das Innere des Innenrohres 6 eintreten und verläßt dieses
in Pfeilrichtung 11 zu einem nicht dargestellten Auspuff
hin. Die in die Wandbereiche des Gehäuses 4 gedrängten
Partikel verlassen das Gehäuse 4 über eine Austrittsöff
nung 12 in ein nicht gezeigtes Sammelvolumen. Ebenso kön
nen an der Wandung des Gehäuses 4 - hier in vereinfachter
Form dargestellte - Sammeleinrichtungen 13 vorgesehen wer
den, in denen die sich an der Wandung ablagernden Partikel
gesammelt werden und die in geeigneter Weise bei Bedarf
geleert werden können.
Dadurch, daß das am Innenrohr 6 entlangströmende Abgas von
den Partikeln gereinigt ist, kann dieses Abgas, ohne die
gesamte Länge des Partikelabscheiders 1 durchströmen zu
müssen, schon frühzeitig über die Durchtrittsbohrungen 5
den Partikelabscheider 1 verlassen und es kann somit der
Strömungswiderstand des Partikelabscheiders 1 verringert
werden. Der frühe Durchtritt des Abgase durch die besagten
Durchtrittsbohrungen 5 wird durch den sich in Strömungs
richtung der Rohabgase verringernden Strömungsquerschnitt
zwischen Gehäuse 4 und Innenrohr 6 erzwungen.
Die Fig. 2 zeigt in gleicher Darstellungsweise ein
zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen
Partikelabscheider 1, der jedoch in diesem Falle nach dem
Gleichstromprinzip arbeitet. Gleiche Teile sind mit den
gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Auch in
diesem Ausführungsbeispiel treten die von der Brennkraft
maschine kommenden Rohabgase durch die Eintrittsöffnung 2
in Pfeilrichtung 3 in den Partikelabscheider 1 ein. Im
Gehäuse 4 ist wieder ein Innenrohr 6 angeordnet, das zum
Zweck der Verringerung des Strömungsquerschnitts zwischen
Gehäuse 4 und Innenrohr 6 konisch ausgebildet ist und
ebenfalls Durchtrittsbohrungen 5 an seiner Oberfläche
aufweist. Der Rohabgasstrom wird auch hier durch die
wendelförmige Leiteinrichtung 9 in eine schraubenförmige
Drehbewegung versetzt, wodurch die in ihm vorhandenen
Partikel zur Wandung des Gehäuses 4 gedrängt werden und
damit das weiter innen strömende Abgas von diesen Parti
keln gereinigt ist. Dieses gereinigte Abgas strömt in
Pfeilrichtung 10 durch die Durchtrittsbohrungen 5 in das
Innere des Innenrohres 6 und verläßt dieses an seinem Ende
8 in Pfeilrichtung 11 zum Auspuff hin. Die abgeschiedenen
Partikel verlassen den Partikelabscheider - wie schon oben
beschrieben - über die Austrittsöffnung 12 bzw. werden in
entsprechenden Sammeleinrichtungen 13 zur späteren Leerung
gesammelt.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die
Erfindung, welches nach dem Prinzip des in Fig. 2 ge
zeigten Partikelabscheiders arbeitet. Die in Fig. 3 ge
zeigten Teile stimmen mit den in Fig. 2 gezeigten über
ein, tragen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 und
brauchen daher hier nicht nocheinmal beschrieben zu wer
den. Im Unterschied zu dem in Fig. 2 beschriebenen Aus
führungsbeispiel weist die wendelförmige Leiteinrichtung 9
hier jedoch keine gleichbleibende Steigung auf, sondern
diese variiert in Strömungsrichtung des Rohabgasstromes 3.
Unabhängig von der hier dargestellten Leiteinrichtung 9
kann die Steigung dabei kontinuierlich oder diskontinu
ierlich vergrößert oder verkleinert werden. Durch eine
solche Variation der Steigung der Leiteinrichtung 9 kann
eine Beschleunigung des Abgases und damit der in ihm ent
haltenen Partikel in radialer Richtung auf gewünschte
Werte erzielt werden.
Eine weitere hier nicht näher beschriebene Maßnahme zur
Einflußnahme auf die Abgasströmung besteht darin, die
Verteilung der Durchtrittsbohrungen auf der Oberfläche des
Innenrohres 6 zu variieren. Zum Beispiel ist es vorstell
bar, die Abstände zwischen den einzelnen Durchtrittsboh
rungen umgekehrt proportional zur Radialbeschleunigung des
Abgases zu wählen. Auch die Form bzw. der Durchmesser der
Durchtrittsbohrungen kann unterschiedlich gewählt werden.
So ist es denkbar, anstelle einer Kreisform eine sich in
Abgasströmungsrichtung erstreckende Langlochform für die
Durchtrittsbohrungen 5 zu wählen.
Aus Fig. 4 ist eine spezielle Ausführungsform für die in
den Fig. 1 bis 3 gezeigten Durchtrittsbohrungen 5 zu
entnehmen. Die in einer Draufsicht abgebildete Bohrung 5
selbst weist eine kreisrunde Öffnung 14 auf, deren in Ab
gasströmungsrichtung 15 liegende Kanten 16 und 17 jeweils
erhöht bzw. abgesenkt ausgebildet sind. Diese Ausbildung
der Bohrung 5 ist in Fig. 5 in vergrößerter Form in einem
Querschnitt gemäß der Schnittlinie V-V aus Fig. 4 darge
stellt. Mit 17 ist die Wandung des Innenrohres 6 bezeich
net, die den vom Rohabgas durchströmten Raum 18 zwischen
dem Innenrohr 6 und der nicht dargestellten Wandung des
Gehäuses des Partikelabscheiders vom Innenraum 19 des In
nenrohres 6 abtrennt. Das Rohabgas strömt in Richtung der
eingezeichneten Pfeile. Dabei sind die der Wandung 17 des
Innenrohres 6 nahen Strömungsschichten aufgrund der weiter
oben beschriebenen Fliehkraftwirkung von den Partikeln
gereinigt und treten - wie durch Pfeile 20 gezeigt - durch
die Öffnung 14 in das Innere des Innenrohres 6 über, von
wo aus sie in nicht näher beschriebenen Weise zu einem
Auspuff gelangen. Die noch Partikel enthaltenden, von der
Wandung 17 weiter entfernten Schichten des Abgasstromes
strömen dabei - wie durch den Pfeil 21 angedeutet - an
dieser Öffnung 14 vorbei, um im weiteren Verlauf von den
noch vorhandenen Partikeln gereinigt zu werden. Durch die
Ausbildung der Durchtrittsbohrung 5 dahingehend, daß die
in Strömungsrichtung des Rohabgasstromes aufwärts liegende
Kante 16 der Bohrung 5 in den Rohabgasstrom hineinragt
bzw. die abwärts liegende Kante 17 in das Innere 19 des
Innenrohres 6 hineinragt, resultiert die Tatsache, daß nur
extrem nahe und damit auch gut von Partikeln gereinigte
Randschichten in das Innere 19 des Innenrohres 6 abströmen
können. Der Reinigungseffekt ist damit sehr hoch.
Zur weiteren Verbesserung des Reinigungseffektes kann das
Innenrohr 6 zusätzlich noch mit einer die Durchtrittsboh
rungen 5 übergreifenden Beschichtung aus einem porösen
keramischen Filtermaterial versehen sein, die die Aufgabe
hat, eventuell noch im Abgasstrom vorhandene Partikel am
Innenrohr 6 auszufiltern. Auch ist es vorstellbar, das
Innenrohr 6 selbst aus einem derartigen Filtermaterial
herzustellen.
Die Fig. 6 zeigt einen anderen zur Lösung der der Erfin
dung zugrundeliegenden Aufgabe geeigneten Partikelab
scheider. Der Rohabgasstrom 3 tritt durch eine Eintritts
öffnung 2 in das Gehäuse 4 eines Partikelabscheiders 1
ein. Wie in den vorhergehenden Figuren schon gezeigt, wird
der Abgasstrom mittels einer wendelförmigen Leiteinrich
tung 9 in eine schraubenförmige Drehbewegung versetzt,
wobei Partikel aus dem Abgasstrom unter der
Fliehkraftwirkung nach außen getragen werden. Der dieser
art von den Partikeln gereinigte Abgasstrom durchströmt
das Gehäuse hauptsächlich im zentralen Bereich des Gehäu
ses 4, von wo aus er durch ein Innenrohr 6 in Pfeilrich
tung 11 das Gehäuse 4 verläßt und zu einem nicht darge
stellten Auspuff gelangt. Die noch Partikel enthaltenden
Abgasanteile, die durch die Drallwirkung in den Wandbe
reich des Gehäuses 4 gedrängt werden, strömen am Innenrohr
6 vorbei - wie durch die Pfeile dargestellt - durch ein
Rußfilter 23, in dem die noch in ihnen enthaltenen rest
lichen Partikel ausgefiltert werden. Dieses Rußfilter 23
kann z. B. aus einem üblichen keramischen Monolithen be
stehen. Außerdem ist an der Wandung des Gehäuses 4 für die
sich dort ablagernden Partikel eine Sammeleinrichtung 13
angeordnet, wie sie schon weiter oben erwähnt wurde. Der
Strömungswiderstand des Partikelabscheiders 1 ist dabei,
da der Hauptabgasstrom einen ungehinderten Weg durch das
Innenrohr 6 nehmen kann, gering gehalten und der Reini
gungseffekt auf das Abgas dennoch durch die
Fliehkraftabscheidung hoch.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist es
vorstellbar, den eben beschriebenen Partikelabscheider in
Abgasströmungsrichtung hinter einem Partikelabscheider der
zuvor beschriebenen Art anzuordnen. Auf diese Weise wird
die Reinigungswirkung der Partikelabscheider noch
gesteigert und der Strömungswiderstand dennoch nicht we
sentlich verschlechtert, da der den hauptsächlichen Anteil
am Widerstand bildende keramische Rußfilter in diesem
Falle durch den zuvor erzielten erhöhten Reinigungsgrad in
seinem Volumen geringer ausfallen kann.
Claims (10)
1. Im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine angeordneter
Partikelabscheider mit einem Gehäuse zur Führung der Roh
abgase, einem konzentrisch im Gehäuse angeordneten, zur
Auspuffseite hin offenen Innenrohr zur Abfuhr von gerei
nigtem Abgas aus dem Partikelabscheider, einer Öffnung zum
Austritt der abgeschiedenen Partikel in ein Sammelvolumen
sowie einer den Rohabgasstrom zwischen Gehäuse und Innen
rohr führenden wendelförmigen Leiteinrichtung zur Erzeu
gung eines Dralls im Abgasstrom,
dadurch gekennzeichnet,
daß das an seiner einen Seite (7) abgeschlossene Innenrohr (6) über seine Oberfläche verteilte Durchtrittsbohrungen (5) aufweist und
daß der durch das Innenrohr (6) und das Gehäuse (4) ge bildete Strömungsquerschnitt sich in Strömungsrichtung des Rohabgasstromes (3) verringert.
daß das an seiner einen Seite (7) abgeschlossene Innenrohr (6) über seine Oberfläche verteilte Durchtrittsbohrungen (5) aufweist und
daß der durch das Innenrohr (6) und das Gehäuse (4) ge bildete Strömungsquerschnitt sich in Strömungsrichtung des Rohabgasstromes (3) verringert.
2. Partikelabscheider nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr (6) konisch geformt ist.
3. Partikelabscheider nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steigung der den Rohabgasstrom (3) führenden
Leiteinrichtung (9) in Strömungsrichtung des Rohabgas
stromes (3) variiert.
4. Partikelabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verteilung der Durchtrittsbohrungen (5) auf der
Oberfläche des Innenrohres (6) variiert.
5. Partikelabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchtrittsbohrungen (5) Kreisform aufweisen.
6. Partikelabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchtrittsbohrungen (5) Langlochform in Strö
mungsrichtung des Rohabgasstromes (3) aufweisen.
7. Partikelabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die in Strömungsrichtung des Rohabgasstromes (3) auf
wärts liegenden Kanten (16) der Durchtrittsbohrungen (5)
in den Abgasstrom hineinragen und daß die in Strömungs
richtung des Rohabgasstromes (3) abwärts liegenden Kanten
(17) der Durchtrittsbohrungen (5) in das Innere (19) des
Innenrohres (6) hineinragen.
8. Partikelabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr (6) mit einem porösen keramischen Mate
rial beschichtet ist.
9. Partikelabscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Innenrohr (6) aus einem porösen keramischen Mate
rial besteht.
10. Im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine angeordneter
Partikelabscheider mit einem Gehäuse zur Führung der Roh
abgase, einem konzentrisch im Gehäuse angeordneten, zur
Auspuffseite hin offenen Innenrohr zur Abfuhr von gerei
nigtem Abgas aus dem Partikelabscheider, einer Öffnung zum
Austritt der abgeschiedenen Partikel in ein Sammelvolumen
sowie einer den Rohabgasstrom zwischen Gehäuse und Innen
rohr führenden wendelförmigen Leiteinrichtung zur Erzeu
gung eines Dralls im Abgasstrom,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen Innenrohr (6) und Gehäuse (4) ein die Parti
kel aus dem Rohabgasstrom (3) ausfilternder aus einem
monolithischen Keramikmaterial bestehender Filter (23)
angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3935095A DE3935095A1 (de) | 1989-10-21 | 1989-10-21 | Partikelabscheider |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3935095A DE3935095A1 (de) | 1989-10-21 | 1989-10-21 | Partikelabscheider |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3935095A1 true DE3935095A1 (de) | 1991-04-25 |
DE3935095C2 DE3935095C2 (de) | 1992-04-30 |
Family
ID=6391917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3935095A Granted DE3935095A1 (de) | 1989-10-21 | 1989-10-21 | Partikelabscheider |
Country Status (1)
Country | Link |
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