DE102011101765A1

DE102011101765A1 - Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft

Info

Publication number: DE102011101765A1
Application number: DE102011101765A
Authority: DE
Inventors: Mario Rieger
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-05-18
Also published as: EP2710251B1; WO2012156235A1; BR112013029329A2; CN103534472B; CN103534472A; EP2710251A1; DE102011101765B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft weist eine Mehrzahl paralleler Abscheidelamellen auf, die in einem Gehäuse angeordnet sind und zwischenliegende Strömungskanäle bilden. Die Abscheidelamellen sind unter einem Anstell- bzw. Öffnungswinkel gehalten.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Verbrennungsluft nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 198 55 992 A1 wird ein Wasserabscheider beschrieben, der dazu dient, Wasser aus einem Luftstrom in einem Strömungskanal abzuscheiden, welcher einer Brennkraftmaschine zugeführt wird. Der Wasserabscheider weist in einem Gehäuse eine Mehrzahl parallel verlaufender Abscheidelamellen auf, zwischen denen Strömungskanäle gebildet sind. Zur Umlenkung des Luftstroms weisen die Abscheidelamellen einen parallel versetzten Abschnitt auf, so dass die heranströmende, mit Feuchtigkeit beladene Luft unter einem Winkel auf die Lamellenwand auftrifft und Wassertröpfchen sich an der Wand anlagern können. Das abgeschiedene Wasser wird über einen Sammelkanal im unteren Bereich des Wasserabscheiders ausgetragen.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft effizient auszuführen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine Lufteintrittsvorrichtung, über die einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug Verbrennungsluft zugeführt wird und die dazu ausgelegt ist, Wasser, welches in der heranströmenden Luft mitgeführt wird, abzuscheiden. Hierfür weist die Vorrichtung in einem Gehäuse eine Mehrzahl paralleler Abscheidelamellen auf, zwischen denen Strömungskanäle für die Luft gebildet sind.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Abscheidelamellen unter einem Anstell- bzw. Öffnungswinkel im Gehäuse gehalten sind. Der Anstell- bzw. Öffnungswinkel legt die Größe der Öffnung zwischen benachbarten Abscheidelamellen und damit den Querschnitt der zwischen benachbarten Abscheidelamellen verlaufenden Strömungskanäle fest. Aufgrund des Anstell- bzw. Öffnungswinkels ist die Lamellenoberfläche der heranströmenden Luft zugewandt, so dass die Abscheidung an den Lamellen verbessert ist. Der Anstell- bzw. Öffnungswinkel bezieht sich auf die Gehäuseebene, in der die Abscheidelamellen gelagert bzw. gehalten sind. Bei aufrechter Anordnung der Vorrichtung fällt die Gehäuseebene mit einer Vertikalebene zusammen, in der auch die vertikale bzw. Lotrechte liegt, gegenüber der die Abscheidelamellen unter dem Neigungswinkel angeordnet sind. Die Abscheidelamellen sind unter einem Anstell- bzw. Öffnungswinkel gehalten und fallen an der Anströmseite nach außen ab, so dass heranströmende Luft zwischen benachbarten Abscheidelamellen unter dem Anstell- bzw. Öffnungswinkel nach oben strömen muss. An den Lamellen abgeschiedene Wassertröpfchen fließen zum Teil unmittelbar über die Lamellenoberfläche ab, wodurch der Abscheidegrad verbessert ist.
Die Abscheidelamellen sind vorzugsweise schräg im Gehäuse angeordnet und schließen gegenüber der Lotrechten bzw. Vertikalen einen Neigungswinkel ein, so dass Wasser, welches an den Abscheidelamellen sich anlagert, durch die Schrägstellung abfließen kann.
Die Abscheidelamellen weisen somit eine doppelte Neigung bzw. Schrägstellung auf, und zwar zum einen die Schrägstellung mit dem Neigungswinkel gegenüber der Vertikalen und zum andern der Anstell- bzw. Öffnungswinkel gegenüber der Gehäuseebene. Beide Winkel unterstützen die Abscheidung, wobei der Anstell- bzw. Öffnungswinkel die Aufprallfläche für die herangeführte, mit Feuchtigkeit beladene Verbrennungsluft vergrößert und der Neigungswinkel die Ableitung des abgeschiedenen Wassers von den Abscheidelamellen unterstützt.
Grundsätzlich möglich ist auch eine Ausführung mit senkrecht oder waagrecht stehenden Abscheidelamellen, also mit einem Neigungswinkel gleich 0° bzw. 90°.
Die Abscheidelamellen sind zweckmäßigerweise als in sich ebene Platten ausgeführt. Derartige Abscheidelamellen lassen sich zum einen leicht herstellen und in das Gehäuse montieren, zum andern ist der Strömungswiderstand für die herangeführte Luft nicht durch Umlenkungen erhöht.
Es kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, die Anströmfläche der Abscheidelamellen gewölbt auszuführen, um das Abtropfen des abgeschiedenen Wassers zu verbessern. Grundsätzlich genügt aber auch eine ebene Anströmfläche.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass der Anstell- bzw. Öffnungswinkel der Abscheidelamellen veränderlich einstellbar ist. Die Abscheidelamellen sind zu diesem Zweck schwenkbeweglich im Gehäuse gelagert, so dass der Anstell- bzw. Öffnungswinkel bei einer Betätigung um die Schwenkachse verändert wird. Die Einstellung des Anstell- bzw. Öffnungswinkels erfolgt zweckmäßigerweise mithilfe eines Aktuators, beispielsweise ein elektromagnetisches Stellglied, das die Abscheidelamellen um die Schwenkachse zum Erreichen des gewünschten Anstell- bzw. Öffnungswinkels verstellt.
Zweckmäßigerweise sind sämtliche Abscheidelamellen im Gehäuse mit dem gleichen Neigungswinkel versehen, der bezogen auf die Vertikale insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 30° und 60° liegt und vorzugsweise zumindest annähernd 45° beträgt. Auch der Anstell- bzw. Öffnungswinkel kann in einem Winkelbereich zwischen 30° und 60° liegen. Die Abscheidelamellen können alle den gleichen Anstell- bzw. Öffnungswinkel aufweisen, wobei grundsätzlich auch Ausführungen in Betracht kommen, in denen zumindest ein Teil der Abscheidelamellen einen unterschiedlichen Anstell- bzw. Öffnungswinkel aufweisen. Beispielsweise ist es möglich, dass sich der Anstell- bzw. Öffnungswinkel über die Höhe der Vorrichtung gesehen verändert, insbesondere in der Weise, dass der Anstell- bzw. Öffnungswinkel im oberen Bereich der Vorrichtung größer ist als im unteren Bereich. Dies kann zur Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit über dem Querschnitt führen.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind Wasserableitungsrinnen an den Abscheidelamellen vorgesehen, die sich parallel zur Längserstreckung der Abscheidelamellen erstrecken und dazu dienen, abgeschiedenes Wasser abzuleiten. Die Wasserableitungsrinnen sorgen für ein sicheres Abführen abgeschiedener Wassertröpfchen und verhindern, dass bereits abgeschiedene Wassertröpfchen wieder vom Luftstrom mitgerissen und in Richtung der Brennkraftmaschine geführt werden. Die Wasserableitungsrinnen liegen vorzugsweise benachbart zu dem in Strömungsrichtung der Luft hinteren Rand der Abscheidelamellen und sind beispielsweise als halboffene Rinnen ausgebildet, die sich über die Oberseite der Abscheidelamellen erheben. Die Oberseite der Abscheidelamellen bildet die Aufprallfläche, an der das Wasser abgeschieden wird. Durch den Luftstrom gelangt das abgeschiedene Wasser über die Oberseite der Lamellen zu den hinten liegenden Wasserableitungsrinnen und wird in diesen seitlich abgeleitet. Aufgrund der Schrägstellung der Abscheidelamellen im Gehäuse stehen auch die Wasserableitungsrinnen unter dem gleichen Neigungswinkel wie die Abscheidelamellen, was den Vorteil hat, dass das Wasser in den Rinnen durch seine Gewichtskraft abströmt.
Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist am Gehäuse seitlich benachbart zu den Abscheidelamellen ein zumindest im Wesentlichen vertikal verlaufender Wasserableitungskanal angeordnet. Diesem Wasserableitungskanal wird das Wasser von den Wasserableitungsrinnen an den Abscheidelamellen zugeführt. Das stirnseitige Ende der Wasserableitungsrinnen mündet in den vertikalen Wasserableitungskanal bzw. liegt in unmittelbarer Nachbarschaft zum Wasserableitungskanal. Somit ergibt sich ein Strömungsweg der an der Oberfläche der Wasserabscheidelamellen abgeschiedenen Wassertröpfchen hin zu der Wasserableitungsrinne, entlang dieser zum Wasserableitungskanal und schließlich entlang des Wasserableitungskanals bis zum Verlassen des Gehäuses der Vorrichtung.
Da starker Fahrtwind das Wasser in der Wasserableitungsrinne gegebenenfalls nach oben treiben kann, ist es zweckmäßig, sowohl am unteren Ende als auch am oberen Ende der Wasserableitungsrinne jeweils einen zumindest im Wesentlichen vertikal verlaufenden Wasserableitungskanal vorzusehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung eine Lufteintrittsvorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft, mit einer Mehrzahl von Abscheidelamellen in einem Gehäuse der Vorrichtung, die gegenüber der Vertikalen schräg verlaufen und zusätzlich unter einem Anstell- bzw. Öffnungswinkel im Gehäuse gehalten sind,
2 die Vorrichtung in einer Ansicht von vorne,
3 die Vorrichtung in geschnittener Seitenansicht,
4 der Strömungsweg der an der Oberseite der Abscheidelamellen abgeschiedenen Wassertröpfchen.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In den Figuren ist eine Lufteintrittsvorrichtung 1 dargestellt, über die Umgebungsluft in einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine geführt wird. Die Lufteintrittsvorrichtung 1 befindet sich an einem Fahrzeug, beispielsweise im seitlichen Bereich eines Nutzfahrzeugs. Die Fahrtrichtung ist mit „F” gekennzeichnet. Die Lufteintrittsvorrichtung 1 weist in einem Gehäuse 2 eine Mehrzahl übereinander angeordneter Abscheidelamellen 3 auf, zwischen denen Strömungskanäle für das Heranführen der Verbrennungsluft gebildet sind. Teil des Gehäuses 2 ist ein rechteckiger Rahmen 4, in welchem die Abscheidelamellen 3 gelagert sind. Die Abscheidelamellen weisen, wie 2 zu entnehmen, gegenüber einer Vertikalen bzw. Lotrechten, die mit dem Gewichtskraftsvektor übereinstimmt, einen Neigungswinkel α auf, der in einem Winkelbereich zwischen 30° und 60° liegt und insbesondere zumindest annähernd 45° beträgt. Zweckmäßigerweise besitzen sämtliche Abscheidelamellen 3 innerhalb des Rahmens 4 des Gehäuses 2 den gleichen Neigungswinkel α.
Wie 3 zu entnehmen, sind die Abscheidelamellen 3 zusätzlich unter einem Anstell- bzw. Öffnungswinkel β im Rahmen 4 des Gehäuses 2 gehalten und fallen an der Anströmseite nach außen ab. Der Anstell- bzw. Öffnungswinkel β bezieht sich auf die Ebene 6 des Rahmens 4 des Gehäuses 2, in welchem die Abscheidelamellen 3 aufgenommen sind. Bei aufrechter Anordnung der Lufteintrittsvorrichtung 1, so wie dies in den Figuren dargestellt ist, liegt die Vertikale 5 in der Ebene 6 bzw. parallel zur Ebene 6. Der umlaufende Rahmen 4 weist Längsseiten auf, die zumindest annähernd parallel zur Vertikalen 5 liegen. Wie 2 zu entnehmen, kann der Rahmen 4 aber geringfügig gebogene Seiten besitzen Längsseiten besitzen und somit von der Vertikalen 5 abweichen.
Der Neigungswinkel α, unter dem die Abscheidelamellen im Gehäuse gehalten sind, ist fest vorgegeben und kann nicht verändert werden. Der Anstell- bzw. Öffnungswinkel β kann dagegen gegebenenfalls einstellbar ausgeführt sein, indem die Abscheidelamellen entlang einer Achse verschwenkbar sind, die parallel zur Lamellenlängsachse verläuft. Zum Einstellen des gewünschten Anstell- bzw. Öffnungswinkels β können Aktuatoren vorgesehen sein, wobei gegebenenfalls ein gemeinsamer Aktuator für die gemeinsame Einstellung des Öffnungs- bzw. Anstellwinkels sämtlicher Abscheidelamellen ausreichend ist.
Die Oberseite 8 (3, 4) der Abscheidelamellen 3 bildet die Anströmfläche und ist dem herangeführten Luftstrom zugewandt. Die im Luftstrom enthaltenen Wasserpartikel werden an der Oberseite 8 der Abscheidelamellen abgeschieden. Für eine geordnete Strömungsführung ist an dem in Strömungsrichtung hinteren Rand der Abscheidelamellen jeweils eine Wasserableitungsrinne 7 angeordnet, die als halboffene und sich über die Oberseite der Abscheidelamellen erhebende Rinne ausgebildet ist. Die Wasser-ableitungsrinne 7 ist einteilig mit der jeweiligen Abscheidelamelle ausgeführt.
Der Wasserströmungsverlauf ist in 4 eingezeichnet. Zunächst trifft die herangeführte Luft mit den darin enthaltenen Wasserpartikeln auf die Oberseite 8 der Abscheidelamellen 3 auf und wird dort abgeschieden. Durch den Luftstrom wandern die Wasserpartikel, wie mit der Pfeilrichtung angegeben, zu der Wasserableitungsrinne 7 und können in dieser aufgrund der Schrägstellung der Abscheidelamellen seitlich bzw. schräg nach unten abströmen. In der zugewandten Längsseite des Rahmens 4 des Gehäuses 2 befindet sich ein Wasserableitungskanal 10, der vertikal verläuft und in den die Wasserableitungsrinnen 9 einmünden. Das in der Wasserableitungsrinne 7 entlangfließende Wasser gelangt somit in den vertikalen Ableitungskanal 10 und kann beispielsweise über eine Abströmöffnung 9 aus dem Gehäuse in die Umgebung abgeleitet werden.
Um auch im Falle starken Fahrtwinds, der das Wasser in der Wasserableitungsrinne 7 gegen die Schrägstellung nach oben treiben kann, für einen Wasserablauf zu sorgen, ist es zweckmäßig, nicht nur am unteren Ende, sondern auch am oberen Ende der Wasserableitungsrinne 7 einen zumindest im Wesentlichen vertikal verlaufenden Wasserableitungskanal vorzusehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19855992 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus der einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft, mit einer Mehrzahl paralleler Abscheidelamellen (3), die in einem Gehäuse (2) angeordnet sind und zwischenliegende Strömungskanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidelamellen (3) unter einem Anstell- bzw. Öffnungswinkel (β) gehalten sind und an der Anströmseite nach außen abfallen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidelamellen (3) schräg im Gehäuse (2) angeordnet sind und gegenüber der Lotrechten einen Neigungswinkel (α) einschließen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidelamellen (3) als in sich ebene Platten ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstell- bzw. Öffnungswinkel (β) der Abscheidelamellen (3) veränderlich einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserableitungsrinnen (7) an den Abscheidelamellen (3) vorgesehen sind, die sich parallel zur Längserstreckung der Abscheidelamellen (3) erstrecken und über die abgeschiedenes Wasser ableitbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserableitungsrinnen (7) benachbart zu dem in Strömungsrichtung hinteren Rand der Abscheidelamellen (3) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserableitungsrinnen (7) als halboffene, sich über die Oberseite der Abscheidelamellen (3) erhebende Rinnen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (2) benachbart zu den Abscheidelamellen (3) ein zumindest im Wesentlichen lotrecht verlaufender Wasserableitungskanal (10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserableitungskanal (10) in eine Abströmöffnung (9) im Gehäuse mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (α) in einem Winkelbereich zwischen 30° und 60° liegt, insbesondere annähernd 45° beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstell- bzw. Öffnungswinkel (β) in einem Winkelbereich zwischen 30° und 60° liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidelamellen (3) in der Vorrichtung unterschiedliche Anstell- bzw. Öffnungswinkel (13) aufweisen.