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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfiltersystem für Brennkraftmaschinen
der Hubkolbenbauart.
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Aus
der
DE 101 63 922
A1 ist eine Luftansaugungseinrichtung eines Verbrennungsmotors
bekannt, wobei innerhalb des Strömungsbereiches
der Luftansaugungseinrichtung ein adsorbierendes Material vorgesehen
ist, das von bei abgestelltem Verbrennungsmotor in die Atmosphäre nach
außen
abfließenden
Gasen kontaktiert wird.
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Um
gesetzliche Emissionsvorgaben einzuhalten, muss unter anderem das
Verdunsten von Kohlenwasserstoffen (HC) bei abgestelltem Motor verhindert
werden. Besonderer Augenmerk gilt hier dem über die Luftfilter verdunstenden
Kraftstoff, der sich noch im Saugrohr befindet. Üblicherweise werden hierfür sogenannte
HC-Matten eingesetzt. Vor allem in Ländern wie der USA muss der
Fahrzeughersteller gewährleisten,
dass diese HC-Matten korrekt verbaut und nicht entfernt werden können.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines
Luftfiltersystems der eingangs genannten Art zugrunde, das mit vergleichsweise
geringem Aufwand realisierbar ist und dabei sicherstellt, dass das Luftfiltersystem
mit einem entsprechenden Adsorberelement bestückt ist.
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Das
Problem wird von der vorliegenden Erfindung dergestalt gelöst, dass
das mindestens eine Adsorberelement ein Identifikationsmittel aufweist und
dass im oder am Filtergehäuse
eine Identifikationsvorrichtung zum Erkennen des Identifikationsmittels
angebracht ist. Hierdurch wird eine einfach zu handhabende Verifikationseinrichtung
zum Nachweis des Vorhandenseins eines gesetzlich geforderten emissionsmindernden
Adsorberelements bereitgestellt.
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Erfindungsgemäß ist das
mindestens eine Adsorberelement in ein Luftfiltersystem integrierbar, welches
beispielsweise in das Luftfilter und/oder in die Reinluftleitung
zwischen Heißfilmluftmassenmesser
und Drosselklappe einbaubar ist. Um eine automatische Verifikation
des eingebauten Adsorberelements zu erreichen, wird das Adsorberelement
mit einem Identifikationsmittel ausgestattet, welches mit einer
entsprechenden Identifikationsvorrichtung am oder im Filtergehäuse wechselwirkt
und somit das Vorhandensein eines Adsorberelementes nachweist. Hierbei
wird das Adsorberelement nur dann mit einem Identifikationsmittel
ausgestattet, wenn es tatsächlich
ein Adsorptionsmedium, beispielsweise eine HC-Matte, umfasst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das Identifikationsmittel eine elektrische Charakteristik
auf, die auf elektrischem Weg mit der Identifikationsvorrichtung
wechselwirkt. So kann z.B. die Identifikationsvorrichtung zwei elektrische
Kontakte aufweisen, die über
das Identifikationsmittel des Adsorberelements in dessen eingebauten
Zustand geschlossen werden; fehlt dieses Identifikationsmittel bleibt
der Kontakt offen. Ein an diesen Kontakt angeschlossener Stromkreis
dient somit zum Nachweis bzw. der Identifikation des eingebauten
Adsorberelements. Wenn Identifikationsmittel mit unterschiedlichen
elektrischen Charakteristika (z.B. unterschiedliche elektrische
Widerstände
bzw. Leitfähigkeiten)
für unterschiedliche
Adsorberelemente verwendet werden, ist über den Stromkreis nicht nur
eine reine Verifikation des Adsorberelements, sondern auch eine Identifikation
des Adsorberelementtyps über
den charakteristischen Widerstand dessen Identifikationsmittels
möglich.
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In
einer weiteren bevorzugten Variante des beanspruchten Luftfiltersystems
weist das Identifikationsmittel ein elektromagnetisch wirksames
Bauteil auf, das in eingebauten Zustand mit der Identifikationsvorrichtung
in elektromagnetischer Wechselwirkung steht. Im konkreten Fall kann
die Identifikationsvorrichtung einen elektromagnetischen Sender
zur Abstrahlung eines elektromagnetischen Feldes umfassen. Das elektromagnetische
wirksame Bauteil ist hierbei zur Modifikation dieses Feldes ausgelegt.
Die Identifikationsvorrichtung umfasst weiterhin einen Empfänger, welcher
die durch das Bauteil hervorgerufene Feldmodifikation erfasst und
somit ein eingebautes Adsorberelement detektiert. Auch hier kann durch
unterschiedlich wirksame Bauteile nicht nur das bloße Vorhandensein
eines Adsorberelements verifiziert werden, sondern auch verschiedene
Adsorberelemente an ihrer charakteristischen Feldmodifikation erkannt
werden.
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Bei
einer elektronischen Codierung wird das Adsorberelement beispielsweise
mit Hilfe eines angebrachten Transponders codiert. Je nach Ausführung des
Luftfiltersystems (mit oder ohne Adsorber) wird der Transponder
bedatet. Am Luftfiltergehäuse ist
ein Sensor angebracht, welcher elektrisch mit einer Auswerteeinheit,
z.B. dem Motorsteuergerät,
verbunden ist. Über
diese Auswerteeinheit wird abgeprüft, ob ein Luftfiltersystem
mit HC-Adsorberelement oder
ohne HC-Adsorberelement verbaut worden ist. Bei Fahrzeugen, die
ein HC-Adsoberelement aufweisen müssen, wird bei nicht installiertem
HC-Adsoberelement eine für
den Fahrer sichtbare Warnung ausgegeben oder ein Start des Motors
verhindert.
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Das
Adsorberelement kann mit dem Filterelement fest verbunden sein,
z.B. durch Verschweißen,
gemeinsames Umspritzen von Filterelement und Adsorber mit Elastomer
oder ähnliches.
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Das
Adsorberelement kann aber auch in die Filterelementkassette direkt
integriert sein.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und
der Beschreibung.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter beschrieben.
In dieser zeigt in schematischer Weise
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1 ein
Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Luftfiltersystems für eine Brennkraftmaschine
mit eingebauten Adsorberelementen,
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2 eine
erste bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Luftfiltersystems
im Querschnitt,
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3 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Luftfiltersystems
im Querschnitt,
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4.1 eine einfache, rein mechanisch wirkende, hier
nicht beanspruchte Ausführungsform
des Luftfiltersystems im Querschnitt mit Adsorberelement,
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4.2 eine ebenfalls nicht beanspruchte Ausführungsform
des Luftfiltersystems im Querschnitt ohne Adsorberelement.
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Das
in 1 gezeigte Luftfiltersystem umfasst eine Rohluftleitung 1 mit
Lufteintritt 1.1, ein Luftfilter 2 mit eingebauten
Adsorberelementen 3.1, 3.2 und 3.3 zur
Reduktion von Kohlenwasserstoff(HC)-Emissionen und einem Filterelement 4 sowie
eine Reinluftleitungausgangsöffnung 7' mit daran anschließender Reinluftleitung 7,
in der zwischen einem Heißfilmluftmassenmesser 5 und
einer Drosselklappe 6 ein Adsorberelement 3.4 angeordnet
sein kann, das eventuell noch vorhandene HC-Spuren aufgrund der
Mikroleckage von Schnittstellen adsorbieren kann. Die Reinluftleitung 7 mündet an
ihrem Ende in ein Saugrohr 8 einer nicht näher dargestellten
Brennkraftmaschine. Das Adsorberelement 3.1 ist oberhalb
des Luftfilters 2 separat oder in ein Gehäuse des
Luftfilters 2 integriert angeordnet. Das Adsorberelement 3.1 befindet
sich somit im Hauptstrom und wird durch die aus der Rohluftleitung 1 stammenden
Luft komplett durchströmt.
Das an dieser Stelle befindliche Adsorberelement 3.1 adsorbiert
somit den Hauptanteil der in der Rohluft vorhandenen HC-Emissionen. Oberhalb
des ersten Adsorberelementes 3.1 kann ferner ein weiteres
Adsorberelement 3.2 im Luftfilter 2 angeordnet
sein, welches sich vorzugsweise nicht über die gesamte Länge des
Luftfilters 2 erstreckt. Der überwiegende Rest an HC-Emissionen
wird daher von dem partiell durchströmten Adsorberelement 3.2 adsorbiert.
Ein zusätzliches
Adsorberelement 3.3 kann auch im oberen Bereich des Luftfilters 2,
vorzugsweise im Deckel des Luftfilters 2, und damit im
Nebenstrom angeordnet sein, um aus der am Deckel vorüberstreichenden
Luft etwaige noch vorhandene HC-Spuren zu adsorbieren. Das jeweilige
Adsorberelement 3.1 bis 3.4 kann in eine mit Öffnungen
versehene, nicht gezeigte Kunststoffkassette eingeschoben und anschließend im
Luftfiltergehäuse
oder in der Reinluftleitung 7 verschweißt sein, damit die Adsorberelemente 3.1 bis 3.4 nicht
bei der Wartung oder Reparatur des Luftfiltersystems entfernt werden
können.
Vorzugsweise werden die im Nebenstrom angewendeten Adsorptionselemente
durch Nieten oder Ultraschallschweissen im Luftfilter 2 fest
verankert.
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Das
Adsorberelement 3.1 bis 3.4 muss beispielsweise
gegen den Einfluß von Öl, Kraftstoff,
Eisbildung und (Kondens-)Wasser beständig sein. Das Adsorptionsmaterial
enthält
Aktivkohle. Die Geometrie des Adsorberelements kann je nach Bauraum
verschieden sein. Es können
gefaltete, wabenförmige oder
auch flächige
Adsorberelemente, wie zum Beispiel Vliese, Papier oder PTFE, Einsatz
finden. Die flächigen
Adsorberelemente finden bevorzugt im Nebenstrom Einsatz.
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Die
folgenden Ausführungsbeispiele
werden anhand von Adsorberelement 3.1 erläutert; sie
sind jedoch in analoger weise auf die Adsorberelemente 3.2 bis 3.4 anwendbar.
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Der
in 2 gezeigte erfindungsgemäße Luftfilter 2 umfasst
ein Filtergehäuse 9 mit
oberer Gehäusehälfte 9.1 und
unterer Gehäusehälfte 9.2,
eine am Filtergehäuse 9 befindliche
Rohluftleitung 1 mit Lufteintritt 1.1, ein Filterelement 4 mit
einem in einer gemeinsamen, nicht gesondert gezeigten Kassette, vorzugsweise
einer Kunststoffkassette, integrierten Adsorberelement 3.1 und
einer reinluftseitigen Gehäusehälfte 7.1 mit
daran anschließender
Reinluftleitung (nicht gesondert gezeigt). Das Adsorberelement 3.1 weist
ein erfindungsgemäßes Identifikationsmittel 10 auf,
beispielsweise in Form einer Codierung. Im oder am Filtergehäuse 9,
hier an der unteren Gehäusehälfte 9.2,
ist ferner eine Identifikationsvorrichtung 11 zum Erkennen
des Identifikationsmittels 10 angebracht.
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Diese
kann beispielsweise ein Sensor sein, um das Vorhandensein eines
HC-Adsorbers zu detektieren.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform
ist in 3 gezeigt. Das Filtergehäuse 9 weist hier mindestens
zwei Kontakte (11.1) auf, die im eingebauten Zustand des
Adsorberelements 3.1 mit entsprechenden Gegenkontakten
(10.1) am Adsorberelement 3.1 in Kontakt stehen.
Die beiden Gegenkontakte 10.1 sind über ein am Adsorberelement 3.1 angebrachtes elektrisches
Identifikationsmittel 10 miteinander verbunden. Die am
Filtergehäuse
angebrachte Identifikationsvorrichtung 11 steht dabei mit
den beiden Kontakten (11.1) in Verbindung und kann in eingebautem
Zustand des Adsorberelements 3.1 das dort angebrachte Identifikationsmittel 10 detektieren
und identifizieren. Üblicherweise
ist die Identifikationsvorrichtung 11 als elektrisches
Messgerät
ausgelegt. Im einfachsten Fall stellt das Identifikationsmittel 10 eine einfache
elektrische Verbindung zwischen den beiden Gegenkontakten (10.1)
dar („Kurzschluß"), die einfach vom
elektrischen Messgerät
detektiert wird. Vorzugsweise liegen die Identifikationsmittel 10 jedoch
als elektrische Verbindungen oder Schaltkreise vor, bei denen der
Typ des Adsorberelements 3.1 als elektrische messbarer
Parameter (z.B. Widerstand, Kapazität, etc.) kodiert ist. Das als
Identifikationsvorrichtung 10 wirkende Messgerät kann über eine
Messung dieses Parameters nicht nur feststellen ob ein Adsorberelement 3.1 eingebaut
ist, sondern kann darüber
hinaus auch den Typ des Elements identifizieren. Vorzugsweise kann
das Identifikationsmittel 10 die Information über den
Filtertyp und/oder weitere filterspezifische Angaben in elektrisch
digitaler Form enthalten.
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4.1 zeigt eine einfache, rein mechanisch wirkende
Ausführungsform,
bei der das Vorhandensein eines Adsorberelementes 3.1 anhand
der Formgebung des Filtergehäuses 9 bzw. 9.1 erkannt werden
kann. Wie oben bereits erwähnt,
wird das Adsorberelement 3.1 fest in das Filtergehäuse eingebaut.
Für diesen
Zweck verwendet man nun eine Filtergehäusehälfte 9.1 mit einer
charakteristischen Formgebung 12, wie in 4.1 gezeigt, während
Filtergehäusehälften 9 bzw. 9.1 ohne
Adsorberelemente ohne diese Formcharakterisktika verwendet werden,
wie in 4.2 gezeigt. Das Vorhandensein
des Adsorberelements kann damit leicht von außen, entweder mit bloßem Auge
oder besser noch automatisch erfasst werden. Als Formcharakteristika
können hierbei
eine oder mehrere Vertiefungen und/oder Erhöhungen dienen, beispielsweise
in Form einer Nase, Nut, Aussparung, eines Vorsprungs oder einem anders
geformten Merkmal, die an der Außenseite des Filtergehäuses 9 angebracht
sind.
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Bei
einem weiteren Beispiel in Form einer Codierung über Formgestaltung werden die
Außenkontur
der Filterelementkassette und die Innenkontur der Auflagefläche am Filtergehäuseunterteil
so signifikant geändert,
dass nur eine Variante verbaut werden kann. Eine Konturvariante
findet Verwendung beim Filterelement mit integriertem HC-Adsorber, eine
weitere Konturvariante findet Verwendung beim Filterelement ohne
HC-Adsorber. Die Variantenbildung kann auf einfache und kostengünstige Weise durch
einen Wechseleinsatz im jeweiligen Werkzeug hergestellt werden.
Je nach Anforderung kommt die jeweilige Variante zum Einsatz.