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Die
Erfindung betrifft einen Luftfilter für ein Ansaugsystem
einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Die
Effizienz von Brennkraftmaschinen wird neben vielen mechanischen
Einflüssen hauptsächlich durch die thermodynamische
Prozessführung bestimmt. Dabei spielt insbesondere auch
das Druckangebot im Ansaugsystem der Brennkraftmaschine eine wichtige
Rolle, weil hierüber die Dichte und damit auch die Masse,
die pro Saugtakt angesaugt wird, bestimmt wird. Es ist daher erstrebenswert,
das Ansaugsystem maximal zu entdrosseln. Speziell die Luftfilter
stellen dabei einen großen Einflussfaktor dar, der im Rahmen
einer Druckverlustoptimierung besonders zu berücksichtigen
ist. Dabei setzt sich der Druckverlust im Luftfilter im Allgemeinen
aus dem Strömungsdruckverlust der Luftfiltergeometrie und
dem Druckverlust eines Filterelementes des Luftfilters zusammen.
Die Ansaugluft kann beispielsweise bei entsprechenden klimatischen
Bedingungen Schnee enthalten, der sich im Ansaugbereich beziehungsweise
im Luftfiltergehäuse niederschlägt und für
einen derartigen Druckverlust sorgt. Neue Brennkraftmaschinen mit
Schichtbetrieb haben bei gleicher Drehzahl in der Regel einen vielfach
höheren Luftmengendurchsatz als homogen betriebene Brennkraftmaschinen,
wodurch sich bei Schneefall auch die vielfache Schneemenge im Luftfiltergehäuse
beziehungsweise im Ansaugbereich des Ansaugsystems ansammeln kann.
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Es
sind Lösungen bekannt, bei denen die Wärme des
Abgasturboladers zur Erwärmung des Luftfiltergehäuses
genutzt wird. Diese ungeregelte, passive Wärmeübertragung
führt auf Grund des geringeren Sauerstoffanteils der warmen
Luft zu einem schlechteren Wirkungsgrad beziehungsweise zu einem
höheren Verbrauch der Brennkraftmaschine. Außerdem
muss ein Ladeluftkühler der Brennkraftmaschine dadurch
größer ausgelegt werden. Insbesondere ist diese
Variante der Erwärmung des Luftfiltergehäuses
nur bei Fahrzeugen mit Abgasturbolader realisierbar. Zudem besteht
bei dieser Variante eine räumliche Abhängigkeit
zwischen dem Abgasturbolader und dem Luftfiltergehäuse.
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Bei
anderen Lösungen werden zur Reduzierung der Schneemenge
im Ansaugbereich und/oder Luftfiltergehäuse beispielsweise
so genannte Leit- oder Abscheidebleche verbaut. Diese reduzieren
jedoch den Luftmengendurchsatz und Verdecken teilweise einen Wasserkühler
der Brennkraftmaschine, welcher dadurch größer
ausgelegt werden muss. Zur Abscheidung des Schnees müssen
die Ansaugwege zudem möglichst lang gehalten werden. Hierdurch befinden
sich zusätzliche Teile im Aufprall- und Fußgängerschutzbereich.
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Eine
weitere Lösung zeigt die
DE 10 2004 049 273 A1 .
Hier ist ein Luftfilter für ein Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine
eines Fahrzeugs vorgesehen, der ein Gehäuse mit einer Lufteintrittsöffnung
und einer Luftaustrittsöffnung und ein in dem Gehäuse
angeordnetes Filterelement aufweist, das eine mit der Lufteintrittsöffnung
verbundene Rohluftseite und eine mit der Luftaustrittsöffnung
verbundene Reinluftseite voneinander trennt. In die Rohluftseite
mündet eine weitere, von einem die Brennkraftmaschine umgebenden
Motorraum ausgehende Zusatzleitung. Wenn die Lufteintrittsöffnung
mit Schnee oder Eis verstopft ist, sorgt die über die Zusatzleitung aus
dem Motorraum angesaugte und somit vorgewärmte Luft für
das Auftauen des Schnees beziehungsweise des Eises.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem
für einen Luftfilter eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass insbesondere
für einen Betrieb in winterlicher Umgebung eine hinreichende Versorgung
der Brennkraftmaschine mit Frischluft gewährleistet ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den
Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung geht aus von einem Luftfilter für ein Ansaugsystem
einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Gehäuse
mit zumindest einer Lufteintrittsöffnung und zumindest
einer Luftaustrittsöffnung und mit mindestens einem in
dem Gehäuse angeordneten Filterelement, das eine mit der Lufteintrittsöffnung
verbundene Rohluftseite und eine mit der Luftaustrittsöffnung
verbundene Reinluftseite voneinander trennt.
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Es
wird vorgeschlagen, dass der Luftfilter mindestens eine Heizeinrichtung
aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Gehäuse und/oder
das mindestens eine Filterelement zumindest im Bereich der Rohluftseite
zu beheizen. In vorteilhafter Weise wird hierdurch bei vorzugsweise
kleinem Bauraumbedarf und einfachem Aufbau des Luftfilters ein Verstopfen des
Ansaugbereichs durch angesaugten Schnee und somit ein Ausfall der
Brennkraftmaschine sicher vermieden. Leit- oder Abscheidebleche
können entfallen, so dass der Bauraumbedarf sinkt und beispielsweise
die Größe des Luftfilters reduziert werden kann.
Insbesondere kann der Luftfilter bzw. das Luftfiltergehäuse
auf der Rohluftseite kleiner ausgelegt werden, da kein Raum für
angesammelten Schnee vorgehalten werden muss. Hierdurch ergeben
sich wiederum Verbesserungen hinsichtlich der Erfüllung von
Crashvorschriften und Vorteile hinsichtlich Package. Insbesondere
entsteht durch den Entfall der Leit- oder Abscheidebleche eine bessere
bzw. störungsfreiere Luftführung. Vorzugsweise
kann der Ansaugweg verkürzt werden, wodurch sich eine Reduzierung
von Bauteilen und somit eine bessere Erfüllung von Crash-
und Fußgängerschutzvorschriften ergibt. Ferner
ist es durch die erfindungsgemäße Heizeinrichtung
möglich, dem Luftfilter bzw. dem Filterelement durch Beheizen
Feuchtigkeit zu entziehen und somit die Filterwirkung des Luftfilters
bzw. des Filterelements zu verbessern. Des Weiteren wird ein Entfall
der Umströmungsgeräusche erreicht, da keine Leitbleche
oder Abscheidebleche oder sonstige strömungsverschlechternden
Bauteile zur Abscheidung oder Reduzierung der Schneemenge mehr vorhanden
sind. Hierdurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich Geräusch,
Vibration und/oder Rauhigkeit (Noise Vibration Harshness). Im Übrigen
kann die Rohluft nun auch an zuvor nicht möglichen Punkten angesaugt
werden. Zuvor war dies auf Grund der zu hohen Schneebelastung an
einzelnen Punkten nicht möglich. Dadurch bestehen weniger
Restriktionen bei der Auswahl der perfekten Lage der Ansaugung. Design,
Aerodynamik und Crashanforderungen können besser umgesetzt
werden. In vorteilhafter Weise ergibt sich zudem eine Reduzierung
des inneren beziehungsweise des Kühlwiderstands, wodurch
ein Verbrauchsvorteil erzielt wird.
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Bevorzugt
ist die Heizeinrichtung als elektrische Heizung und/oder als Teil
eines Heizkreislaufs der Brennkraftmaschine ausgeführt.
In vorteilhafter Weise kann insbesondere bei einer Ausführung
der Heizeinrichtung als elektrische Heizung eine schnelle Erwärmung
der Heizeinrichtung erzielt werden. Bei einer Ausführung
der Heizeinrichtung als Teil des Heizkreislaufs der Brennkraftmaschine
kann in vorteilhafter Weise auf bestehende Komponenten zurückgegriffen
werden, wodurch sich eine Einsparung von Bauteilen sowie Kosten
ergibt.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass eine Aktivierung der mindestens einen Heizeinrichtung
bei Unterschreiten eines festgelegten Temperaturwertes erfolgt.
In vorteilhafter Weise wird die Ansaugluft nur bei geringen Temperaturen
erwärmt, um den Wirkungsgrad und die Leistung der Brennkraftmaschine zu
erhalten bzw. nicht zu verringern. Insbesondere wird hierdurch eine
Verringerung des Verbrauchs der Brennkraftmaschine erreicht. Ganz
besonders verringert sich der Verbrauch durch eine Beheizung während
der Kaltstartphase.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die mindestens
eine Heizeinrichtung mit einer zum Regeln der Temperatur mindestens
einer Fahrzeugkomponente vorgesehenen Steuer- und/oder Regeleinrichtung
koppelbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird
vorgeschlagen, dass es sich bei der mindestens einen Fahrzeugkomponente
um einen beheizbaren Außenspiegel und/oder eine Klimaanlage
handelt. Dadurch ist es möglich, eine bereits vorhandene
Steuer- und Regeleinrichtung zu nutzen und hierdurch ein Kosten verursachendes
Bauteil einzusparen. Selbstverständlich kann die mindestens
eine Heizeinrichtung aber auch eine eigene Steuer- und/oder Regeleinrichtung
aufweisen.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass eine Aktivierung der mindestens einen Heizeinrichtung
bei Unterschreiten eines festgelegten Saugrohrdruckes in dem Ansaugsystem
der Brennkraftmaschine erfolgt. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass
die mindestens eine Heizeinrichtung mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung
des Ansaugsystems koppelbar ist. In vorteilhafter Weise wird durch
diese Ausgestaltung sofort erkannt, wenn sich der Luftfilter bzw.
die Ansaugleitung beginnen zuzusetzen, so dass eine Verstopfung
dieser Bauteile sicher verhindert werden kann.
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Bevorzugt
ist die mindestens eine Heizeinrichtung zum Beseitigen von Schnee
und/oder Eis zumindest im Gehäuse des Luftfilters vorgesehen.
In vorteilhafter Weise wird hierdurch eine Leistungsreduzierung
oder gar ein Ausfall der Brennkraftmaschine bei insbesondere starkem
Schneefall auf Grund einer Verstopfung des Luftfilters sicher vermieden. Auf
sichere Weise wird hierdurch gewährleistet, den Luftfilter
von Eis und/oder Schnee zu befreien und dadurch die Funktion der
Brennkraftmaschine sicherzustellen.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse mindestens
eine geodätisch untenliegende Öffnung zur Abführung
von Schmelzwasser auf. In vorteilhafter Weise wird eventuell angesaugter Schnee
durch die Heizeinrichtung geschmolzen und als Wasser über
die untenliegende Öffnung aus dem Gehäuse des
Luftfilters transportiert. Ein Verstopfen des Luftfilters wird somit
sicher vermieden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale
zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und
zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche beziehungsweise ähnliche
Komponenten der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen
Bezugsziffern versehen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematisierte Perspektivansicht eines Luftfilters mit einer erfindungsgemäßen
Heizvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
und
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2 eine
schematisierte Perspektivansicht eines Luftfilters mit einer erfindungsgemäßen
Heizvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Die 1 und 2 zeigen
einen Luftfilter 10, 10' für ein Ansaugsystem 36 einer
Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs. Es sind hierbei alle eine Brennkraftmaschine
aufweisenden Fahrzeuge denkbar, wie beispielsweise Kraftfahrzeuge,
Nutzfahrzeuge, Omnibusse, Schienenfahrzeuge. In der Regel umfasst
das Ansaugsystem 36 alle Verbrennungsluft führenden
Bauteile einer Brennkraftmaschine, die sich vor der Brennkammer
oder dem Brennraum befinden. Das Ansaugsystem 36 besteht
in der Regel aus einer Rohluftleitung 13, dem Luftfilter 10, 10' und einer
Reinluftleitung 15.
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Der
Luftfilter 10, 10' umfasst im Wesentlichen ein
Gehäuse 12 und ein in dem Gehäuse 12 angeordnetes
Filterelement 18. Wie in den Figuren dargestellt, sind
an dem Gehäuse 12 des Luftfilters 10, 10' eine
mit der Rohluftleitung 13 in Strömungsverbindung
stehende Lufteintrittsöffnung 14 und eine in die
Reinluftleitung 15 mündende Luftaustrittsöffnung 16 vorgesehen.
In den 1 und 2 ist beispielsweise die Lufteintrittsöffnung 14 in Fahrtrichtung
des Fahrzeugs vorne am Gehäuse 12 und die Luftaustrittsöffnung 16 hinten
am Gehäuse der Brennkraftmaschine zugewandt angeordnet.
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Selbstverständlich
ist die vorliegende Erfindung aber nicht nur auf diese Anordnung
der Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen 14, 16 am
Gehäuse 12 beschränkt. Außerdem
können bei Bedarf auch zwei oder mehr Lufteintrittsöffnungen 14 und/oder Luftaustrittsöffnungen 16 ausgebildet
sein.
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Vorzugsweise
ist das Filterelement 18 lösbar in dem Gehäuse 12 befestigt,
so dass es einfach entnommen beziehungsweise gereinigt oder ausgetauscht
werden kann. Durch das Filterelement 18 werden eine Rohluftseite 20 des
Luftfilters 10, 10', die mit der Lufteintrittsöffnung 14 verbunden
ist, und eine Reinluftseite 22 des Luftfilters 10, 10',
die mit der Luftaustrittsöffnung 16 verbunden
ist, voneinander getrennt.
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Um
auch für einen Betrieb in winterlicher Umgebung eine hinreichende
Versorgung der Brennkraftmaschine mit Frischluft zu gewährleisten,
weist der Luftfilter 10, 10' erfindungsgemäß mindestens eine
Heizeinrichtung 24, 24' auf, die dazu vorgesehen
ist, das Gehäuse 12 und/oder das Filterelement 18 mindestens
im Bereich der Rohluftseite 20 zu beheizen. Dies bedeutet,
dass dem Luftfilter 10, 10' mindestens eine Heizeinrichtung 24, 24' zugeordnet ist,
mittels welchem der Luftfilter 10, 10' zumindest
im Bereich der Rohluftseite 20 aktiv erwärmbar
ist, d. h. es kann eine geregelte, aktive Erwärmung mindestens
eines Teils des Luftfilters 10, 10' erfolgen.
Vorzugsweise wird der Luftfilter 10, 10' nur in
dem Bereich erwärmt, in dem sich üblicherweise
Schnee und/oder Eis ansammeln. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Heizeinrichtung 24, 24' vorzugsweise als
elektrische Heizung ausgeführt. Sie kann aber auch als
Teil eines Heizkreislaufs der Brennkraftmaschine oder als weitere
einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Heizung ausgeführt
sein.
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Für
das Anordnungsbeispiel von 1 ist die
Heizeinrichtung 24 vorzugsweise unten am Gehäuse 12 des
Luftfilters 10 im Bereich der Rohluftseite 20 vorgesehen,
d. h. die Heizeinrichtung 24 ist hierbei außerhalb
des Gehäuses 12 angeordnet. Für das Anordnungsbeispiel
von 2 ist die Heizeinrichtung 24' bevorzugt
am Filterelement 18 des Luftfilters 10' im Bereich
der Rohluftseite 20 vorgesehen, d. h. die Heizeinrichtung 24' ist
hierbei innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung aber nicht
nur auf diese Anordnungen der Heizeinrichtung 24, 24' beschränkt,
insbesondere kann die Heizeinrichtung 24, 24' innerhalb und/oder
außerhalb des Gehäuses 12 angeordnet sein.
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Vorzugsweise
ist die mindestens eine Heizeinrichtung 24, 24' zum
Beseitigen von Schnee und/oder Eis zumindest im Gehäuse 12 des
Luftfilters 10, 10' vorgesehen. Insbesondere dient
die Heizeinrichtung 24, 24' zum Beseitigen von
Schnee und/oder Eis im Ansaugbereich, in welchem sich üblicherweise
bevorzugt Schnee ansammelt. Zur Abführung von Schmelzwasser
weist das Gehäuse 12 mindestens eine geodätisch
untenliegende Öffnung 32, 34 auf. Vorzugsweise
weist die mindestens eine Öffnung 32, 34 eine
Tülle auf, die derart ausgebildet ist, dass zwar Schmelzwasser
ablaufen, jedoch kein Wasser beziehungsweise keine Falschluft angesaugt werden
kann.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß 1 erfolgt
eine Aktivierung der mindestens einen Heizeinrichtung 24 bei
Unterschreiten eines festgelegten Temperaturwertes TSoll.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Heizeinrichtung 24 hierzu
mit einer zum Regeln der Temperatur mindestens einer Fahrzeugkomponente
vorgesehenen Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 koppelbar.
Selbstverständlich kann die mindestens eine Heizeinrichtung 24 auch eine
eigene Steuer- und/oder Regeleinrichtung aufweisen. Bevorzugt handelt
es sich bei der mindestens einen temperaturabhängigen Fahrzeugkomponente
um einen beheizbaren Außenspiegel 28 und/oder
eine Klimaanlage 30 und/oder eine Scheibenwaschanlage und/oder
eine Standheizung, wobei auch weitere einem Fachmann als sinnvoll
erscheinende Fahrzeugkomponenten denkbar sind. Handelt es sich bei
der Fahrzeugkomponente um eine Standheizung, so kann beispielsweise
deren Steuer- und/ Regeleinrichtung dazu vorgesehen werden, den
Luftfilter vorab zu erwärmen. Da im Stand des Fahrzeugs noch
keine Strömungsluft auftritt, wird der gesamte Luftfilter
erwärmt. Hierdurch werden eine Verbesserung der Kaltstartbedingungen
und insbesondere eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs beim Kaltstart
erzielt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß 2 erfolgt
eine Aktivierung der mindestens einen Heizeinrichtung 24' bei
Unterschreiten eines festgelegten Saugrohrdruckes pSoll in
dem Ansaugsystem 36 der Brennkraftmaschine.
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Ferner
kann eine Aktivierung der mindestens einen Heizeinrichtung 24, 24' generell
dann erfolgen, wenn sich irgendein anderer Soll-Wert der Brennkraftmaschine
auf Grund eines sich zusetzenden Luftfilters 10, 10' ändert.
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Bei
allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen des Luftfilters 10, 10' mit
einer gemäß der Erfindung ausgebildeten bzw. angeordneten
Heizeinrichtung 24, 24' ist der Druckverlust im
Ansaugsystem 36 durch den Luftfilter 10, 10' deutlich
vermindert. Dies wiederum bewirkt Vorteile beim Kraftstoffverbrauch,
bei der Leistung der Brennkraftmaschine, bei der Wärmebilanz
und beim Instationärverhalten.
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- 10,
10'
- Luftfilter
- 12
- Gehäuse
- 13
- Rohluftleitung
- 14
- Lufteintrittsöffnung
- 15
- Reinluftleitung
- 16
- Luftaustrittsöffnung
- 18
- Filterelement
- 20
- Rohluftseite
- 22
- Reinluftseite
- 24,
24'
- Heizeinrichtung
- 26
- Steuer-
und/oder Regeleinrichtung (beheizbare Fahrzeugkomponente)
- 27
- Steuer-
und/oder Regeleinrichtung (Ansaugsystem)
- 28
- Außenspiegel
- 30
- Klimaanlage
- 32
- Öffnung
- 34
- Öffnung
- 36
- Ansaugsystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004049273
A1 [0005]