DE10316652B4 - Luftfilter für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Luftfilter einer Brennkraftmaschine, der ein Gehäuse (10) mit einer Rohluftöffnung (12) zum Einströmen von Rohluft (14) in den Luftfilter sowie eine Reinluftöffnung (16) zum Abströmen von Reinluft (18) aus dem Luftfilter aufweist, wobei im Gehäuse (10) in einem Strömungsweg zwischen Rohluftöffnung (12) und Reinluftöffnung (18) eine Filterpatrone (20) angeordnet ist und an einer geodätisch tiefsten Stelle (26) des Gehäuses (10) eine erste Entwässerungsöffnung (28) angeordnet ist, wobei die erste Entwässerungsöffnung (28) mit einem Wasserkanal (42) verbunden ist, welcher die erste Entwässerungsöffnung (28) mit einem außerhalb des Gehäuses (10) angeordneten ersten Wasserbehälter (44) verbindet, welcher seinerseits eine zweite Entwässerungsöffnung (46) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Wasserbehälter (54) vorgesehen ist, in den der erste Wasserbehälter (44) eintaucht.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Luftfilter einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, der ein Gehäuse mit einer Rohluftöffnung zum Einströmen von Rohluft in den Luftfilter sowie eine Reinluftöffnung zum Abströmen von Reinluft aus dem Luftfilter aufweist, wobei im Gehäuse in einem Strömungsweg zwischen Rohluftöffnung und Reinluftöffnung eine Filterpatrone angeordnet ist und an einer geodätisch tiefsten Stelle des Gehäuses eine Entwässerungsöffnung angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Bei einem beispielsweise aus
DE 196 04 352 A1 bekannten Luftfilter für Brennkraftmaschinen der o. g. Art stellt mit der Rohluft in das Gehäuse eindringendes Wasser ein Problem dar, da die Gefahr besteht, daß die Filterpatrone durchnäßt und im ungünstigsten Fall auf der Reinluftseite der Filterpatrone Wassertröpfchen in einen Reinluftbereich eindringen, in dem beispielsweise ein Luftmassenmesser angeordnet ist. Kommt dieser in Berührung mit Wassertröpfchen, so arbeitet dieser Luftmassenmesser nicht mehr korrekt und liefert falsche Werte, worauf ein funktionssicherer Betrieb der Brennkraftmaschine nicht mehr gewährleistet ist. Deshalb ist in dem Gehäuse des Luftfilters eine Entwässerungsöffnung vorgesehen, damit in das Gehäuse mit der Rohluft eingedrungenes Wasser aus dem Gehäuse heraus ablaufen kann. Dieser Ablauf funktioniert jedoch nur bis zu einer gewissen Mengen an pro Zeiteinheit eindringendem Wasser und dies auch nur für eine begrenzte Zeitspanne. Versuche haben gezeigt, daß bei einem Luftdurchsatz von 300 kg/h und einer eindringenden Wassermenge von 1,2 l in 5 min der Luftmassenmesser nach ca. 3,5 min ein Fehlersignal erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt war die Filterpatrone durchnäßt und Wassertröpfchen in die Reinluftseite der Filterpatrone durchgeschlagen. - Aus der
DE 197 48 717 A1 ist eine Einrichtung zum Vermeiden des Wassereintritts in ein Luftfiltergehäuse bekannt. Diese Einrichtung wird im Strömungsweg vor dem eigentlichen Luftfilter angeordnet und scheidet Wasser aus der Rohluft ab, bereits bevor diese in das Gehäuse des eigentlichen Luftfilters eintritt. Die Wasserabscheidung funktioniert mittels eines Beruhigungsraumes, in dem eine Prallwand angeordnet ist, die zur Verbesserung der Abscheidung von Wasser an ihrer Unterseite zu einer Luftansaugöffnung hin abgewinkelt ist. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß zusätzlicher Bauraum für den Wasserabscheider benötigt wird, der häufig im Motorraum nicht mehr zur Verfügung steht. - Die
DE 197 37 545 A1 beschreibt eine Ansaugeinrichtung für eine Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen. Hierbei ist einer Luftfiltereinrichtung ein mittels einer Bypaßklappe verschließbarer Bypaß zugeordnet, der in Abhängigkeit eines Ansteigens eines Unterdruckes vor der Luftfiltereinrichtung öffnet. Zwischen Luftfiltereinrichtung und Einlaß für Rohluft ist eine Schalteinrichtung für die Bypaßklappe angeordnet, die in Abhängigkeit vom Ansteigen des Unterdruckes über eine definierte Schaltschwelle die Bypaßklappe öffnet. Stromauf des Gehäuses der Luftfiltereinrichtung ist ein Gitter vorgesehen, welches zum Abscheiden von Flugschnee in der Rohluft dient. Ein sich ggf. an diesem Gitter bildendes Tau- bzw. Kondenswasser läuft über eine Auslaßöffnung in ein Reservoir ab, welches über ein Entenschnabelventil entleert wird, wenn ein bestimmter Pegel überschritten wird. Hierdurch kann das Tau- bzw. Kondenswasser in einem unkritischen Bereich der Ansaugeinrichtung entsorgt werden. Das Ventil verhindert das Einziehen von Nebenluft in die Ansaugleitung. - Aus
WO 01/18379 A1 - Die Druckschrift
JP H08-319909 A - Die Druckschrift
GB 1 238 885 A - Die Druckschrift
DE 199 42 503 A1 beschreibt einen Luftfilter für Brennkraftmaschinen mit einem Wasserablauf, in dem ein Wasserfüllstand von einer solchen Höhe ausgebildet wird, dass der im Filtergehäuse auf den Wasserablauf wikene Unterdruck kompensiert ist. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftfilter der obengenannten Art bzgl. der Funktionssicherheit bei mit Wasser beladener Rohluft zu verbessern.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Luftfilter der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die erste Entwässerungsöffnung mit einem Wasserkanal verbunden ist, welcher die erste Entwässerungsöffnung mit einem außerhalb des Gehäuses angeordneten, ersten Wasserbehälter verbindet, welcher seinerseits eine zweite Entwässerungsöffnung aufweist.
- Dies hat den Vorteil, daß durch Kapillarkräfte in dem Wasserkanal zwischen Entwässerungsöffnung und dem ersten Wasserbehälter ein Ablaufen des Wassers und Sammeln im ersten Wasserbehälter realisiert ist, so daß eine Ansammlung von Wasser zu einem See innerhalb des Gehäuses wirksam vermieden ist. Dadurch ergibt sich ein Spritzschutz für die Filterpatrone, so daß der Luftfilter auch bei hohem Wasseranteil in der in das Gehäuse einströmenden Rohluft über lange Zeit seine Funktion sicher beibehält und ein Durchfeuchten der Filterpatrone und damit ein Durchdringen von Wassertröpfchen in die Reinluftöffnung wirksam vermieden ist.
- Einen mäanderförmigen Wasserablauf mit entsprechender Wassersäule zur Kompensation eines Unterdruckes in dem Gehäuse des Luftfilters erzielt man erfindungsgemäß dadurch, daß ein zweiter Wasserbehälter vorgesehen ist, in den der erste Wasserbehälter eintaucht.
- Ein Mindestwasserspiegel innerhalb des Wasserbehälters wird dadurch sichergestellt, daß die zweite Entwässerungsöffnung derart dimensioniert ist, daß Wasser aus dem ersten Wasserbehälter erst dann abläuft, wenn ein Wasserpegel innerhalb des ersten Wasserbehälters eine vorbestimmte Schwelle übersteigt. Hierdurch wirkt ein Druck aufgrund einer Wassersäule innerhalb des ersten Wasserbehälters einem Unterdruck innerhalb des Gehäuses entgegen, so daß eine Rückströmung von Luft durch die erste Entwässerungsöffnung in das Gehäuse wirksam vermieden ist.
- Zum zusätzlichen Verstärken des Kapillareffektes weist die erste Entwässerungsöffnung einen größeren Durchmesser auf als der Wasserkanal.
- Beispielsweise ist der Wasserkanal als Wasserablaufschlauch ausgebildet.
- Um einen möglichst geringen Bauraumbedarf bei ausreichender Länge des Wasserkanals für den Kapillareffekt zu erzielen, verläuft der Wasserkanal zwischen erster Entwässerungsöffnung und erstem Wasserbehälter Z-förmig.
- In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Entwässerungsöffnung einen Durchmesser von 44 mm und der Wasserkanal einen Durchmesser von 30 mm auf.
- Zum sicheren Verhindern einer Wasseransammlung bzw. Seebildung innerhalb des Gehäuses des Luftfilters beträgt ein Abstand von Unterkante, der ersten Entwässerungsöffnung bis Unterkante des ersten Wasserbehälters 190 mm.
- Zum Bestimmen eines Luftdurchsatzes ist stromab der Reinluftöffnung ein Luftmassenmesser vorgesehen.
- Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
-
1 eine nicht beanspruchte Ausführungsform eines Luftfilters in schematischer Schnittansicht, -
2 eine nicht beanspruchte Ausführungsform eines Luftfilters in schematischer Schnittansicht und -
3 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftfilters in schematischer Schnittansicht - Die aus
1 ersichtliche Ausführungsform eines Luftfilters umfaßt ein Gehäuse10 mit einer Rohluftöffnung12 , über die Rohluft14 in das Gehäuse10 eintritt, und mit einer Reinluftöffnung16 , über die gefilterte Reinluft18 aus dem Gehäuse10 austritt. In dem Strömungsweg der Luft von Rohluftöffnung12 zur Reinluftöffnung16 ist eine Filterpatrone20 angeordnet, welche das Gehäuse10 in eine Rohluftseite22 und eine Reinluftseite24 teilt. An einer geodätisch am tiefsten liegenden Seite26 des Gehäuses10 bzw. an einer geodätisch am tiefsten liegenden Stelle des Gehäuses10 ist eine erste Entwässerungsöffnung28 angeordnet, über die mit der Rohluft14 in das Gehäuse10 eintretendes Wasser30 ablaufen kann. Ausgehend von der Rohluftöffnung12 ist ein Rohr32 zum Führen der angesaugten Rohluft gegen eine der Rohluftöffnung12 gegenüberliegenden Seite34 des Gehäuses vorgesehen. Dadurch, daß das Rohr32 die angesaugte Rohluft14 auf die Seite34 des Gehäuses10 prallen läßt, kommt es an dieser Stelle im wesentlichen zu einer Trennung von Rohluft14 und Wasser30 , so daß das Wasser30 im wesentlichen unter Einfluß der Schwerkraft in Richtung der Unterseite26 des Gehäuses10 abgeleitet wird. Stromab der Reinluftöffnung16 ist ein Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM)35 angeordnet. - Im Betrieb kommt es bei stark mit Wasser
30 beladener, angesaugter Rohluft14 , hohem Luftdurchsatz und entsprechendem Unterdruck im Gehäuse10 zur Bildung eines Sees unterhalb des Rohres32 . Dies führt unter anderem dazu, daß am Ende des Rohres32 das Wasser30 nicht mehr vollständig abgeschieden sondern teilweise in Richtung Filterpatrone20 mitgerissen wird. Zusätzlich kann es durch Ansaugen von Nebenluft38 über die erste Entwässerungsöffnung in das Gehäuse10 hinein zu einer Art Springbrunnen36 bzw. Wasserfontäne oberhalb der ersten Entwässerungsöffnung28 kommen, wie in1 schematisch angedeutet. - Um zu verhindern, daß dieser Springbrunnen
36 die Filterpatrone20 durchnäßt, ist oberhalb der ersten Entwässerungsöffnung28 eine Kappe40 angeordnet, welche die erste Entwässerungsöffnung28 derart überspannt, daß diese die erste Entwässerungsöffnung28 und damit den Springbrunnen36 von der Filterpatrone20 abschirmt. Versuche haben ergeben, daß bei einem Luftdurchsatz von 300 kg/h und einer Wassermenge von 1,2 l pro 5 min die Filterpatrone nach 15 min noch trocken ist. - In
2 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in1 versehen, so daß zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der1 verwiesen wird. Bei der Ausführungsform gemäß2 ist die erste Entwässerungsöffnung erweitert ausgebildet und mündet in einen bzgl. der ersten Entwässerungsöffnung28 schmaleren Wasserkanal42 , welcher in einen ersten Wasserbehälter44 mündet. Der erste Wasserbehälter44 weist an seiner Unterseite eine zweite Entwässerungsöffnung46 auf, welche derart dimensioniert ist, daß erst über einem bestimmten Pegelstand des Wassers30 im ersten Wasserbehälter44 das Wasser30 über die zweite Entwässerungsöffnung46 entgegen dem Unterdruck im Gehäuse10 abläuft. Hierdurch ist immer ein gewisser Mindestpegelstand des Wassers30 im ersten Wasserbehälter44 gewährleistet, der einem Unterdruck im Gehäuse10 entgegenwirkt. Durch den sich mittels des Wasserkanals42 einstellenden Kapillareffekt ist gewährleistet, daß es zu keiner Seebildung innerhalb des Gehäuses10 kommt, sondern statt dessen das Wasser30 immer in den ersten Wasserbehälter abläuft. Wenn sich ein Springbrunnen36 ergibt, dann allenfalls innerhalb des ersten Wasserbehälters44 und somit weit weg von der Filterpatrone20 und ohne die Gefahr, daß die Filterpatrone20 durch den Springbrunnen26 durchfeuchtet wird. - Der Wasserkanal
42 ist zur Bauraumeinsparung Z-förmig ausgebildet und weist beispielhaft einen Durchmesser von 30 mm auf. Ein Abstand50 zwischen einer Unterseite der erweiterten ersten Entwässerungsöffnung28 und einer Unterseite des ersten Wasserbehälters44 beträgt beispielhaft 190 mm. Ein Abstand52 zwischen einer Ober- und Unterseite des ersten Wasserbehälters44 beträgt beispielhaft 100 mm. - Versuche haben ergeben, daß bei einem Luftdurchsatz von 400 kg/h und einer Wassermenge von 1,2 l pro 5 min der HFM
35 auch nach 15 min noch kein Fehlersignal zeigt und die Filterpatrone lediglich an der Rohluftseite22 leicht feucht ist. Bei einem Luftdurchsatz von 510 kg/h und einer Wassermenge von 1,2 l pro 5 min gibt der HFM35 nach 3,2 min ein Fehlersignal ab und die Filterpatrone20 war durchnäßt. - In
3 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in1 und2 versehen, so daß zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der1 und2 verwiesen wird. Zusätzlich zu dem Luftfilter gemäß2 taucht bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß3 der erste Wasserbehälter44 in einen zusätzlichen, oben offenen zweiten Wasserbehälter54 ein. Hierdurch entsteht eine Wassersäule um den ersten Wasserbehälter44 herum, welche einem Unterdruck im Gehäuse10 derart entgegenwirkt, daß ein Rückfluß von Nebenluft durch den ersten Wasserbehälter44 und den Wasserkanal42 hindurch in das Gehäuse10 hinein vollkommen verhindert ist. - Bei Versuchen mit einem Luftdurchsatz von 300 kg/h für 5 min und anschließend 510 kg/h für 25 min und einer Wassermenge von mindestens 1,2 l pro 5 min, wobei das abgeschiedene Wasser sofort wieder über die Rohluftöffnung
12 zugeführt wurde, ergab sich auch nach 30 min kein Fehlersignal am HFM35 und die Filterpatrone20 zeigte sich nur an einer Stelle leicht durchnäßt. Dies veranschaulicht eindrucksvoll die wirksame Wasserabscheidung und Wasserrückhaltung durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Luftfilter ohne zusätzlichen, bzgl. des Luftfilters externen Wasserabscheider. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Gehäuse
- 12
- Rohluftöffnung
- 14
- Rohluft
- 16
- Reinluftöffnung
- 18
- Reinluft
- 20
- Filterpatrone
- 22
- Rohluftseite
- 24
- Reinluftseite
- 26
- geodätisch am tiefsten liegende Seite des Gehäuses/Unterseite
- 28
- erste Entwässerungsöffnung
- 30
- Wasser
- 32
- Rohr
- 34
- der Rohluftöffnung gegenüberliegenden Seite des Gehäuses
- 35
- Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM)
- 36
- Springbrunnen
- 38
- Nebenluft
- 40
- Kappe
- 42
- Wasserkanal
- 44
- erster Wasserbehälter
- 46
- zweite Entwässerungsöffnung
- 48
- Durchmesser Wasserkanal
- 50
- Abstand zwischen einer Unterseite der erweiterten ersten Entwässerungsöffnung und einer Unterseite des ersten Wasserbehälters
- 52
- Abstand zwischen Ober- und Unterseite des ersten Wasserbehälters
- 54
- zweiter Wasserbehälter
Claims (8)
- Luftfilter einer Brennkraftmaschine, der ein Gehäuse (
10 ) mit einer Rohluftöffnung (12 ) zum Einströmen von Rohluft (14 ) in den Luftfilter sowie eine Reinluftöffnung (16 ) zum Abströmen von Reinluft (18 ) aus dem Luftfilter aufweist, wobei im Gehäuse (10 ) in einem Strömungsweg zwischen Rohluftöffnung (12 ) und Reinluftöffnung (18 ) eine Filterpatrone (20 ) angeordnet ist und an einer geodätisch tiefsten Stelle (26 ) des Gehäuses (10 ) eine erste Entwässerungsöffnung (28 ) angeordnet ist, wobei die erste Entwässerungsöffnung (28 ) mit einem Wasserkanal (42 ) verbunden ist, welcher die erste Entwässerungsöffnung (28 ) mit einem außerhalb des Gehäuses (10 ) angeordneten ersten Wasserbehälter (44 ) verbindet, welcher seinerseits eine zweite Entwässerungsöffnung (46 ) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Wasserbehälter (54 ) vorgesehen ist, in den der erste Wasserbehälter (44 ) eintaucht. - Luftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Entwässerungsöffnung (
28 ) derart dimensioniert ist, dass Wasser (30 ) aus dem ersten Wasserbehälter (44 ) erst dann abläuft, wenn ein Wasserpegel innerhalb des ersten Wasserbehälters (44 ) eine vorbestimmte Schwelle übersteigt. - Luftfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Entwässerungsöffnung (
28 ) einen größeren Durchmesser aufweist als der Wasserkanal (42 ). - Luftfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserkanal (
42 ) als Wasserablaufschlauch ausgebildet ist. - Luftfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserkanal (
42 ) zwischen erster Entwässerungsöffnung (28 ) und erstem Wasserbehälter (44 ) Z-förmig verläuft. - Luftfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Entwässerungsöffnung (
28 ) einen Durchmesser von 44 mm und der Wasserkanal (42 ) einen Durchmesser von 30 mm aufweist. - Luftfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (
50 ) von Unterkante erste Entwässerungsöffnung (28 ) bis Unterkante des ersten Wasserbehälters (44 ) 190 mm beträgt. - Luftfilter nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Reinluftöffnung (
16 ) ein Luftmassenmesser (35 ) vorgesehen ist.
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