DE102007051404B4

DE102007051404B4 - Filtereinrichtung

Info

Publication number: DE102007051404B4
Application number: DE102007051404.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Walz
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2017-04-06
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: DE102007051404A1

Abstract

Filtereinrichtung mit einem in einem Filtergehäuse angeordneten Filterelement und mit einer im Strömungsweg des zu reinigenden Fluids angeordneten Adsorbereinheit (7), wobei das Filterelement als Filterschlauch (3) ausgebildet ist, dessen Filterwandung die Roh- von der Reinseite radial separiert, wobei der Filterschlauch (3) in einem Trägerrohr (2) aufgenommen ist, wobei zwischen dem Außenmantel des Filterschlauchs (3) und dem Innenmantel des Trägerrohrs (2) ein Ringraum für die Strömung des Fluids gebildet ist, wobei die Adsorbereinheit (7) innerhalb des Trägerrohrs (2) angeordnet ist, wobei die Adsorbereinheit (7) in den Filterschlauch (3) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbereinheit (7) die Innenwand des Filterschlauchs (3) auskleidet, jedoch einen axialen Strömungsweg im Filterschlauch (3) offen lässt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung, insbesondere zur Filtration von Verbrennungsluft in Brennkraftmaschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In Patent Abstracts of Japan JP-2001 263177 A wird ein Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine mit integriertem Luftfilter beschrieben, der von der herangeführten Verbrennungsluft durchströmt und anschließend stromab des Luftfilters den Zylindereinlässen der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Der Luftfilter umfasst ein Filterelement, welches in einem Filtergehäuse angeordnet ist, das Anschlüsse an die Rohrleitungen des Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine aufweist. Um zu verhindern, dass nach dem Abstellen des Motors Kraftstoffdämpfe über geöffnete Einlassventile des Motors in den Ansaugtrakt zurückströmen und versehentlich in die Atmosphäre entlassen werden, sind in dem Luftfiltergehäuse Adsorbereinheiten angeordnet, die die Aufgabe haben, die Kraftstoffdämpfe zu adsorbieren. Durch eine Beschichtung der Adsorbereinheiten beispielsweise mit Aktivkohle kann eine deutliche Reduzierung von Kohlenwasserstoffemissionen erzielt werden, die sich von der Brennkraftmaschine ausgehend in den Ansaugtrakt ausbreiten.
Bei der JP-2001 263177 A sind die Adsorbereinheiten als gebogene Fortsätze ausgebildet, die an der Innenwandung des Gehäuses schwenkbar gehalten sind und zwischen einer Funktionsstellung, in der die Fortsätze in den Strömungsweg einragen, und einer Außerfunktionsstellung zu verschwenken sind, in der die Fortsätze aus dem Strömungsweg herausgeschwenkt sind. Die Schwenkbarkeit der Fortsätze stellt einen hohen konstruktiven Aufwand dar. Darüber hinaus sind Stelleinrichtungen für die Verschwenkung der Fortsätze erforderlich.
Aus der WO 1996/023571 A1 ist eine Wasserleitung mit einem integrierten schlauchförmigen Filterkörper, der Aktivkohle-Granulat aufweisen kann, bekannt.
Durch die US 2006/0107836 A1 ist ein Luftfilter für eine Brennkraftmaschine bekannt geworden, der ein Gehäuse mit einem Rohlufteinlass und einem Reinluftauslass aufweist, wobei zwischen Rohlufteinlass und Reinluftauslass ein Rundfilterelement dichtend angeordnet ist. Ein Adsorbenspartikel aufweisendes Element ist an einer inneren Gehäusewandung des Gehäuses und innerhalb des Rundfilterelementes angeordnet.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine Filtereinrichtung zu schaffen, die unterwünschte Schadstoffemissionen aus dem rückströmenden Fluid zu reduzieren hilft. Es soll insbesondere die Emission von Kohlenwasserstoffen reduziert werden, die nach dem Abschalten einer Brennkraftmaschine über die Zylindereinlässe in den Ansaugtrakt zurückströmen, wobei herangeführte Verbrennungsluft möglichst hindernisfrei hindurchströmen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung weist ein in einem Filtergehäuse angeordnetes Filterelement auf sowie eine im Strömungsweg des zu reinigenden Fluids angeordnete Adsorbereinheit, die zur Adsorption von Schadstoffen dient, die im Fluid enthalten sind. Bei dem zu reinigenden Fluid handelt es sich zweckmäßig um Gase, insbesondere um die Verbrennungsluft einer Brennkraftmaschine, wobei grundsätzlich auch eine Verwendung der Filtereinrichtung für flüssige Fluide möglich ist. Für den Fall einer Reinigung von Verbrennungsluft für Brennkraftmaschinen hat die Adsorbereinheit die Funktion, unverbrannte Verbrennungsrückstände wie Kohlenwasserstoffe zu adsorbieren, die nach einem Abschalten des Motors sich über die Zylindereinlässe in den Ansaugtrakt ausbreiten. Die Adsorption dieser Rückstände wie Kohlenwasserstoffe an der Adsorbereinheit hilft, eine Emission in die Atmosphäre zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.
Bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist das Filterelement als flexibler Filterschlauch aus weichem und nachgiebigem Filtermaterial ausgebildet, der in einem Trägerrohr aufgenommen ist, wobei zwischen dem Außenmantel des Filterschlauchs und dem Innenmantel des Trägerrohrs ein Ringraum für die Strömung des Fluids gebildet ist. Das Trägerrohr einschließlich des darin aufgenommenen Filterschlauches bildet einen Strömungskanal für das zu reinigende Fluid, der zwischen zwei Rohrabschnitte bzw. entsprechende Anschlüsse eingesetzt werden kann, beispielsweise im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine. Das Trägerrohr ist zugleich das Gehäuse des Filterelements.
Aufgrund der Flexibilität des Filterschlauches können praktisch beliebige Geometrien und Verläufe realisiert werden, was eine optimale Bauraumausnutzung beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeuges ermöglicht. Das Trägerrohr, welches insbesondere aus Kunststoff besteht, wird dem gewünschten Verlauf entsprechend gewählt. Durch die Flexibilität des Filterschlauches ist die Verwendung von Filterschlauch-Gleichteilen für unterschiedliche Geometrien der Trägerrohre möglich.
Als Material für das Filterelement kommen sowohl synthetische Werkstoffe, beispielsweise auf Polymerbasis, als auch natürliche Werkstoffe in Betracht, beispielsweise Zellulosefasern.
Der sich axial im Trägerrohr erstreckende Filterschlauch wird zur Filtrierung radial von dem zu reinigenden Fluid durchströmt. Der Ringraum zwischen dem Außenmantel des Filterschlauches und dem Innenmantel des Trägerrohres kann beispielhaft zur Ableitung des gereinigten Fluids dienen; in diesem Fall wird das Rohfluid über den Innenraum des Filterschlauches herangeführt und strömt radial von innen nach außen durch die Filterwandung in den Ringraum, der in dieser Ausführung die Reinseite darstellt. Möglich ist aber auch eine Durchströmung der Filterschlauchwandung in Gegenrichtung, so dass das Rohfluid über den Ringraum herangeführt wird, der in dieser Ausführung die Rohseite darstellt, wobei das ungereinigte Fluid radial von außen nach innen durch die Filterwandung strömt und axial über den Innenraum des Filterschlauches abgeleitet wird, der die Reinseite darstellt.
Die Adsorbereinheit ist innerhalb des Trägerrohres und innerhalb des Filterschlauches angeordnet. Die Adsorbereinheit ist in der Weise ausgeführt, dass die Innenwand des Filterschlauchs von der Adsorbereinheit ausgekleidet ist, wobei jedoch ein axialer Strömungsweg im Filterschlauch offen bleibt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Filtereinrichtung, die insbesondere zur Filterung von Verbrennungsluft in Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann, mit einem Trägerrohr aus festem Material, in dem ein flexibler Filterschlauch zur Filterung des zu reinigenden Fluids angeordnet ist, wobei zwischen Außenmantel des Filterschlauches und Innenmantel des Trägerrohres ein Ringraum für die Strömung des Fluids gebildet ist, und mit einer ringförmigen Adsorbereinheit im Ringraum benachbart zum Strömungsausgang der Filtereinrichtung,
2 eine Filtereinrichtung in einer Variante, bei der eine blockförmige Adsorbereinheit im Strömungseintritt des Trägerrohrs und des Filterschlauches unmittelbar vorgelagert ist,
3 eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung, bei der die Adsorbereinheit als Adsorberschalen ausgeführt ist, die benachbart zum Strömungseintrittsquerschnitt an den Innenwänden des Filterschlauches angeordnet sind.
Die in den Figuren dargestellte Filtereinrichtung 1 weist in einem Trägerrohr 2 aus festem Material, insbesondere aus Kunststoff, einen flexiblen Filterschlauch 3 auf, der sich axial über die gleiche Länge wie das Trägerrohr 2 erstreckt. Das zu reinigende Fluid wird über den axialen Strömungseintritt 5 in Pfeilrichtung der Filtereinrichtung 1 zugeführt, nach der Filtrierung strömt das gereinigte Fluid über den gegenüberliegenden, stirnseitigen axialen Strömungsaustritt 6 in Pfeilrichtung ab. Der Filterschlauch 3 besteht aus einem flexiblen, nachgiebigen Filtermaterial, welches insbesondere in Radialrichtung formbar ist. Dadurch ist es möglich, als Gleichteile ausgeführte Filterschläuche für unterschiedliche Geometrien von Trägerrohren zu verwenden. Es sind Ausführungen des Filterschlauches sowohl mit glatter, ebener Wandung als auch mit Falten in der Filterwandung möglich, wobei die Falten sich sowohl ausschließlich in Achsrichtung als auch mit einer Komponente der Faltenkanten quer zur Achsrichtung, also in Umfangsrichtung erstrecken können. In alternativer Ausführung kann der Filterschlauch aus einem in sich starren Filtermaterial bestehen, um ein Kollabieren der Falten zu verhindern.
Der Filterschlauch 3 besitzt einen zylindrischen Querschnitt, auch das Trägerrohr 2 hat bevorzugt einen zylindrischen Querschnitt. Der zylindrische Querschnitt sowohl des Trägerrohres als auch des Filterschlauches bleibt über die axiale Länge der Filtereinrichtung gesehen zumindest im Wesentlichen konstant. Der Durchmesser des Filterschlauches 3 ist geringer als der Durchmesser des Trägerrohres 2, so dass zwischen dem Außenmantel des Filterschlauches 3 und dem Innenmantel des Trägerrohres 2 ein Ringraum 5 gebildet ist, der sich über die axiale Länge des Trägerrohres erstreckt. Dieser Ringraum stellt einen Strömungsraum für das Fluid dar. Um den Filterschlauch 3 innerhalb des Trägerrohres 2 auf Abstand zu den Innenwänden des Trägerrohres zu halten, sind zweckmäßig Abstützeinrichtungen vorgesehen. Gegebenenfalls ist es aber auch ausreichend, den Filterschlauch mit Falten zu versehen und die radial außen liegenden Faltenspitzen an der Innenwandung des Trägerrohres anliegen zu lassen.
Die Filtereinrichtung 1 wird bevorzugt in Brennkraftmaschinen zur Filtrierung der Verbrennungsluft eingesetzt. Um beim Abschalten des Verbrennungsmotors ein Rückströmen von unverbrannten Verbrennungsrückstände in den Ansaugtrakt und weiter in die Atmosphäre zu verhindern, ist im Trägerrohr 2 der Filtereinrichtung eine Adsorbereinheit 7 angeordnet, welche insbesondere Kohlenwasserstoffe adsorbiert. In den Beispielen gemäß den 1 bis 3 sind verschiedene Varianten für die Anordnung und konstruktive Gestaltung der Adsorbereinheit 7 dargestellt, wohingegen Trägerrohr 2 und Filterschlauch 3 in allen Ausführungen gleich ausgebildet sind.
Gemäß 1 ist die Adsorbereinheit 7 als Adsorberring ausgebildet, der benachbart zum Strömungsaustritt 6 im Ringraum 4 angeordnet ist und diesen zweckmäßig vollständig ausfüllt. Die Adsorbereinheit ist vorteilhafterweise porös genug ausgeführt, um den regulären Strömungsfluss des gereinigten Fluids nicht oder zumindest nicht wesentlich zu behindern und einen unerwünschten Druckabfall an der Adsorbereinheit zu vermeiden.
Gemäß 2 ist die Adsorbereinheit 7 als Adsorberblock ausgeführt, die dem Strömungseintritt 5 unmittelbar vorgelagert ist. Die herangeführte Verbrennungsluft wird durch den Adsorberblock 7 geführt, wobei gemäß einer Variante im Adsorberblock Strömungskanäle für die ungehinderte Durchströmung der herangeführten und zu reinigenden Verbrennungsluft vorgesehen sein können. Nach dem Passieren der vorgelagerten Adsorbereinheit 7 strömt die Verbrennungsluft in den Innenraum des Filterschlauches 3 ein und breitet sich dort axial aus, wobei die Filtrierung an den Innenwänden des Filterschlauches 3 stattfindet, sobald das Fluid die Filterschlauchwandungen radial von innen nach außen durchströmt. Das gereinigte Medium wird anschließend über den Ringraum 4 und den Strömungsaustritt 6 abgeleitet. Der Adsorberblock 7 ist zweckmäßig an der Wandung des Trägerrohres 2 gehalten.
Im Ausführungsbeispiel nach 3 ist die Adsorbereinheit 7 als einfache oder mehrteilige Schale ausgebildet, die die Innenwand des Filterschlauches 3 benachbart zum Strömungseintritt 5 in Umfangsrichtung auskleidet. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass ein freier Strömungskanal durch die Adsorbereinheit gegeben ist, durch den die herangeführte Verbrennungsluft hindernisfrei hindurchströmen kann.
Die Filtereinrichtung eignet sich insbesondere für die Filtration von Verbrennungsluft in Brennkraftmaschinen. Es ist aber auch eine Anwendung für die Filtration der Fahrzeuginnenraumluft oder allgemein für die Filtration in Fahrzeugen möglich.

Claims

Filtereinrichtung mit einem in einem Filtergehäuse angeordneten Filterelement und mit einer im Strömungsweg des zu reinigenden Fluids angeordneten Adsorbereinheit (7), wobei das Filterelement als Filterschlauch (3) ausgebildet ist, dessen Filterwandung die Roh- von der Reinseite radial separiert, wobei der Filterschlauch (3) in einem Trägerrohr (2) aufgenommen ist, wobei zwischen dem Außenmantel des Filterschlauchs (3) und dem Innenmantel des Trägerrohrs (2) ein Ringraum für die Strömung des Fluids gebildet ist, wobei die Adsorbereinheit (7) innerhalb des Trägerrohrs (2) angeordnet ist, wobei die Adsorbereinheit (7) in den Filterschlauch (3) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbereinheit (7) die Innenwand des Filterschlauchs (3) auskleidet, jedoch einen axialen Strömungsweg im Filterschlauch (3) offen lässt.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung zur Filtration von Verbrennungsluft in Brennkraftmaschinen vorgesehen ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbereinheit (7) zur Adsorption von Produkten einer unvollständigen Verbrennung, wie Kohlenwasserstoffe, vorgesehen ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbereinheit (7) benachbart zu der am axialen Strömungsanfang liegenden Stirnseite des Filterschlauches (3) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbereinheit (7) benachbart zu der am axialen Strömungsende liegenden Stirnseite des Filterschlauches (3) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid den Filterschlauch (3) radial von innen nach außen durchströmt und der Ringraum (4) zwischen dem Außenmantel des Filterschlauchs (3) und dem Innenmantel des Trägerrohrs (2) die Reinseite des Filterschlauchs (3) darstellt.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial des Filterschlauches (3) Fasern aus Adsorbermaterial enthält.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbermaterial Kohlefasern enthält.
Filtereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine auffiltrierende Funktion aufweisen.