DE102016007787A1 - Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Einem Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine ist ein Drucklufttank zugeordnet, der mit dem Luftfilter verbunden ist, wobei der Drucklufttank zusätzlich mit der Brennkraftmaschine oder der Peripherie der Brennkraftmaschine zum wahlweisen oder zusätzlichen Einleiten von Luft verbindbar ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Luftfilter im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.
  • Stand der Technik
  • In der US 9,108,135 B2 wird ein Luftfilter beschrieben, der in einem Filtergehäuse ein hohlzylindrisches Filterelement aufweist, welches im Filtrationsbetrieb radial von außen nach innen von der zu reinigenden Luft durchströmt wird. In die an der Stirnseite gelegene Abströmseite des Filterelementes ragt ein Strömungsrohr mit kleinerem Durchmesser hinein, über das Spülgas entgegen der Abströmrichtung der gereinigten Luft zum Abreinigen des Filtermediumkörpers des Filterelementes eingeleitet werden kann. Das Spülgas durchströmt den Filtermediumkörper radial von innen nach außen, wodurch sich Ablagerungen auf der Außenseite des Filtermediumkörpers lösen. Das Spülgas stammt von einem Drucklufttank, aus dem das Spülgas mit erhöhtem Druck in den innenliegenden Strömungsraum des Filtermediumkörpers eingeleitet wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen dauerhaften Betrieb einer Brennkraftmaschine, die einen Luftfilter im Ansaugtrakt aufweist, zu gewährleisten und den Betrieb der Brennkraftmaschine zu unterstützen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Der erfindungsgemäße Luftfilter wird im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine eingesetzt, um die den Zylindern der Brennkraftmaschine zuzuführende Luft einer Filtration zu unterziehen. Der Luftfilter weist einen Filtermediumkörper auf, der von der zu reinigenden Luft durchströmt wird, um die Filtration durchzuführen. Der Filtermediumkörper befindet sich in einem Filtergehäuse des Luftfilters, das in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine integriert werden kann.
  • Um den Filtermediumkörper im Luftfilter von Ablagerungen an der Rohseite reinigen zu können, kann in den Luftfilter ein unter Druck stehendes Spülgas eingeleitet werden, das den Filtermediumkörper entgegengesetzt zu der üblichen Reinigungsrichtung der Luft durchströmt. Das Spülgas wird zur Reinseite des Filtermediumkörpers geleitet und strömt von der Reinseite zur Rohseite des Filtermediumkörpers, so dass Ablagerungen auf der Rohseite durch den Druckimpuls des Spülgases entfernt werden. Als Spülgas wird z. B. Luft verwendet.
  • Das Spülgas wird dem Luftfilter von einem Drucklufttank zugeführt, der mit dem Luftfilter verbunden ist. Über die Spülfunktion hinausgehend kann das Spülgas auch der Brennkraftmaschine bzw. der Peripherie der Brennkraftmaschine – Ansaugtrakt oder Abgasstrang – zugeführt werden, indem der Drucklufttank mit der Brennkraftmaschine bzw. der Peripherie der Brennkraftmaschine verbindbar ist. Dies ermöglicht es, zusätzlich oder alternativ zur Abreinigung des Luftfilters während der Spülfunktion auch Luft in die Brennkraftmaschine bzw. die Peripherie der Brennkraftmaschine einzuleiten und hierdurch die Funktion der Brennkraftmaschine zu unterstützen. Das Einleiten der Luft in die Brennkraftmaschine bzw. die Peripherie der Brennkraftmaschine erfolgt entweder zeitgleich oder zeitversetzt zur Spülfunktion des Luftfilters.
  • Die Regulierung der Zufuhr von Luft zur Brennkraftmaschine bzw. der Peripherie der Brennkraftmaschine erfolgt über ein Ventil, das beispielsweise als ein Verzweigungsventil in einer Verbindungsleitung zwischen dem Drucklufttank und dem Luftfilter ausgeführt ist, wobei von dem Ventil eine weitere Verbindungsleitung zu dem gewünschten Einspeisungsort zur Brennkraftmaschine oder der Peripherie der Brennkraftmaschine verzweigt. Über die Einstellung des Ventils kann somit der Gasstrom zum Luftfilter und der Gasstrom zur Brennkraftmaschine bzw. der Peripherie der Brennkraftmaschine eingestellt werden. Auch in dieser Ausführung ist es möglich, entweder alternativ Luft in nur eine Verbindungsleitung einzuleiten oder kumulativ Luft in beide Verbindungsleitungen zu führen. Das Zuführen der Luft in die Brennkraftmaschine bzw. deren Peripherie erfolgt entweder während der Spülfunktion des Luftfilters oder während des regulären Filtrationsbetriebs des Luftfilters.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das einstellbare Ventil in die Verbindungsleitung zwischen dem Drucklufttank und dem Luftfilter integriert und kann der Gasstrom in den Luftfilter über die Einstellung des Ventils reguliert werden. Zusätzlich verzweigt von der Verbindungsleitung zum Luftfilter eine weitere Verbindungsleitung zur Brennkraftmaschine oder der Peripherie der Brennkraftmaschine, über die ebenfalls Luft geleitet wird, sobald das Ventil in einer Offenstellung steht.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Luftfilter im Ansaugtrakt, dem ein Drucklufttank mit Spülgas zum Abreinigen des Filtermediumkörpers des Luftfilters zugeordnet ist. Aus dem Drucklufttank kann Gas an eine oder mehrere Positionen der Brennkraftmaschine bzw. Peripherie der Brennkraftmaschine geleitet werden. Beispielsweise kann der Drucklufttank mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden sein, so dass bei Bedarf ein einstellbarer Luftstrom aus dem Drucklufttank in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eingeleitet wird, zusätzlich zu dem Luftstrom, der über den Ansaugtrakt aus der Atmosphäre entnommen wird. Hierdurch kann der Luftmassenstrom, der den Zylinder der Brennkraftmaschine zugeführt wird, erhöht werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine ein Verdichter integriert und wird die Druckluft aus dem Drucklufttank stromauf des Verdichters in den Ansaugtrakt eingeleitet. Der Verdichter erhält auf diese Weise einen zusätzlichen Druckluftstoß zum Antrieb, wodurch die herangeführte Verbrennungsluft auf einen erhöhten Druck verdichtet wird. Ggf. wird die Druckluft aus dem Drucklufttank zusätzlich oder alternativ stromab des Verdichters in den Ansaugtrakt eingeleitet.
  • Der Verdichter kann Teil eines Abgasturboladers sein, der zusätzlich zu dem Verdichter eine Abgasturbine im Abgasstrang aufweist, wobei die Abgasturbine von den unter Druck stehenden Abgasen angetrieben wird. Über das Einleiten der Druckluft in den Ansaugtrakt stromauf und/oder stromab des Verdichters wird die Funktion des Abgasturboladers unterstützt.
  • In einer alternativen Ausführung ist der Verdichter als Einzelverdichter bzw. Kompressor ausgeführt, der bei Bedarf von der Druckluft aus dem Drucklufttank oder einer sonstigen Antriebsquelle angetrieben wird, beispielsweise über einen Elektromotor.
  • Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Drucklufttank mit einem oder mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine verbunden, beispielsweise über ein Saugrohr, so dass Luft aus dem Drucklufttank bei Bedarf unmittelbar in den oder die Zylinder der Brennkraftmaschine eingeleitet werden kann. Auch hierdurch kann der den Zylindern zugeführte Luftmassenstrom und damit die Leistung der Brennkraftmaschine erhöht werden.
  • Die Druckluft kann gegebenenfalls stromauf oder stromab eines Ladeluftkühlers in den Ansaugtrakt eingeleitet werden.
  • Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Drucklufttank mit dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden, so dass Druckluft aus dem Drucklufttank in den Abgasstrang eingeleitet werden kann. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, Einfluss auf ein Abgasrückführungssystem zur Rückführung von Abgas aus dem Abgasstrang in den Ansaugtrakt zu nehmen oder auf die Funktion eines Katalysators, der im Abgasstrang angeordnet ist. Des Weiteren ist es möglich, im Fall eines Abgasturboladers die Druckluft stromauf der Abgasturbine in den Abgasstrang einzuleiten, um den Antrieb der Abgasturbine zu unterstützen. Die Luft kann aber auch stromab der Abgasturbine in den Abgasstrang eingeleitet werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, die Brennkraftmaschine insbesondere umfassend einen erfindungsgemäßen Luftfilter, bei welchem bei einer entsprechenden Druckdifferenz zwischen den oben beschriebenen verschiedenen Einmündungsstellen und dem Drucklufttank, insbesondere bei einem Druckzustand, bei welchem an der Einmündungsstelle ein höherer Druck als im Drucklufttank vorliegt, durch entsprechendes Öffnen der jeweiligen Verbindungsleitung, beispielsweise mittels eines Ventils, der Drucklufttank mit Luft oder auch Abgas gefüllt wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
  • 1 in schematischer Ansicht eine Brennkraftmaschine mit einem Luftfilter und einem Kompressor im Ansaugtrakt sowie einem Abgasturbolader, wobei dem Luftfilter ein Drucklufttank zugeordnet ist, der zusätzlich an verschiedenen Stellen mit dem Ansaugtrakt und/oder dem Abgasstrang verbunden werden kann,
  • 2 in perspektivischer Ansicht ein Luftfilter mit integrierter Spüleinrichtung zur Abreinigung des Filtermediumkörpers des Luftfilters.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • 1 zeigt in schematischer Ansicht eine Brennkraftmaschine 1, deren Zylinder über ein Saugrohr 2 Verbrennungsluft aus einem mit dem Saugrohr 2 strömungsverbundenen Ansaugtrakt 3 zugeführt wird. In den Ansaugtrakt 3 ist ein Luftfilter 4 integriert, dem ein Drucklufttank 5 zugeordnet ist, über den in regelmäßigen Abständen Druckluft in den Luftfilter 4 zur Abreinigung von Verschmutzungen an der Rohseite des Filtermediumkörpers des Luftfilters eingeleitet werden kann.
  • Abgasseitig werden die Abgase der Brennkraftmaschine 1 über einen Abgaskrümmer 6 in einen Abgasstrang 7 geleitet, in den ein Katalysator 8 zur Reinigung der Abgase integriert ist. Ansaugtrakt 3 und Abgasstrang 7 bilden die Peripherie der Brennkraftmaschine 1.
  • Der Brennkraftmaschine 1 ist ein Abgasturbolader 9 mit einer Abgasturbine 10 im Abgasstrang stromauf des Katalysators 8 und einem Verdichter 11 stromab des Luftfilters 4 zugeordnet. Im Betrieb der Brennkraftmaschine treiben die unter Druck stehenden Abgase die Abgasturbine 10 an, die über eine Welle mit dem Verdichter 11 verbunden ist und diesen antreibt, so dass der Verdichter 11 die herangeführte Verbrennungsluft auf einen erhöhten Ladedruck verdichtet. Die unter Ladedruck stehende Verbrennungsluft wird stromab des Verdichters 11 in einem Ladeluftkühler 12 im Ansaugtrakt gekühlt und über eine einstellbare Drosselklappe 13 dem Saugrohr 2 und weiter den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt. Als Bypass zum Verdichter 11 ist ein einstellbares Schubumluftventil 14 in den Ansaugtrakt 3 integriert, das den Verdichter 11 überbrückt.
  • Zusätzlich zu dem Abgasturbolader 9 ist ein Kompressor 16 in einen Leitungsabschnitt 15 parallel zum Ansaugtrakt 3 integriert. Der Kompressor 16 befindet sich stromauf des Verdichters 11 des Abgasturboladers 9 im Ansaugtrakt 3 und wird von der Brennkraftmaschine 1 über einen Riementrieb 17, eine Magnetkupplung 18 und einen weiteren Riementrieb 19 von der Kurbelwelle 20 der Brennkraftmaschine angetrieben. In den Ansaugtrakt 3 ist eine Regelklappe 21 integriert, die sich zwischen den Verzweigungen des parallel angeordneten Leitungsabschnittes 15 befindet. Bei geschlossener Regelklappe 21 strömt der Luftstrom, der in den Ansaugtrakt 3 geleitet wird, über den Kompressor 16. Bei geöffneter Regelklappe 21 wird dagegen der Luftstrom unter Umgehung des Kompressors 16 direkt in Richtung der Brennkraftmaschine 1 weitergeführt.
  • Der Drucklufttank 5 dient dazu, in regelmäßigen Abständen Verunreinigungen an der Rohseite des Filtermediumkörpers des Luftfilters 4 zu entfernen, indem ein Druckluftpuls aus dem Drucklufttank 5 über eine Verbindungsleitung 22 zur Reinseite des Filtermediumkörpers im Luftfilter 4 geleitet wird und den Filtermediumkörper entgegengesetzt zum üblichen Filtrationsbetrieb von der Reinseite zur Rohseite durchströmt. In die Verbindungsleitung 22 ist ein Ventil 23 integriert, über dessen Einstellung der Druckluftstrom zum Luftfilter 4 reguliert werden kann.
  • Die Druckluft aus dem Drucklufttank 5 kann zusätzlich oder alternativ zum Luftfilter 4 auch in die Brennkraftmaschine 1 bzw. die Peripherie der Brennkraftmaschine eingeleitet werden, wodurch die Leistungscharakteristik der Brennkraftmaschine und ggf. auch das Abgasverhalten beeinflusst werden können. Hierzu verzweigt von der Verbindungsleitung 22 zwischen dem Drucklufttank 5 und dem Luftfilter 4 eine weitere Verbindungsleitung 24, wobei der Druckluftstrom durch die Verbindungsleitung 24 ebenfalls über das einstellbare Ventil 23 regulierbar ist. Die Verbindungsleitung 24 mündet in den Ansaugtrakt 3 stromab des Ladeluftkühlers 12 zwischen dem Ladeluftkühler 12 und der Drosselklappe 13. Zusätzlich oder alternativ kann die Verbindungsleitung gemäß dem strichlierten Abschnitt 24a auch in den Verbindungstrakt 3 unmittelbar stromab des Luftfilters 4 münden oder, gemäß Abschnitt 24b, in den Abgasstrang 7 stromauf des Turboladers 10 und insbesondere eines den Turbolader 10 überbrückenden Wastegates 25 und/oder gemäß Abschnitt 24c stromab des Turboladers 10 in den Abgasstrang 7, jedoch stromauf des Katalysators 8. Die Druckluft aus dem Drucklufttank 5 kann in einer weiteren Ausführung gemäß Abschnitt 24d auch stromauf des Ladeluftkühlers 12 in den Ansaugtrakt eingeleitet werden.
  • Das Einleiten von Druckluft aus dem Drucklufttank 5 in die Brennkraftmaschine 1 bzw. den Ansaugtrakt 3 oder den Abgasstrang 7 erfolgt insbesondere unabhängig davon, ob sich der Luftfilter 4 im Filtrationsbetrieb oder im Spülbetrieb zum Abreinigen der Ablagerungen an der Reinseite des Filtermediumkörpers befindet. Vorteilhafterweise wird die Druckluft in die Brennkraftmaschine 1 bzw. die Peripherie der Brennkraftmaschine 1 eingeleitet, wenn der Luftfilter 4 sich im Filtrationsbetrieb befindet. Es ist aber auch möglich, während des Spülbetriebs Druckluft in die Brennkraftmaschine 1 bzw. die Peripherie der Brennkraftmaschine 1 einzuleiten.
  • In 2 ist ein Luftfilter 4 in perspektivischer Darstellung gezeigt, der in einem Filtergehäuse 26 einen hohlzylindrischen Filtermediumkörper aufnimmt, welcher von der zu reinigenden Verbrennungsluft radial von außen nach innen durchströmt wird. Der Luftfilter 4 umfasst einen dem Filtermediumkörper vorgeschalteten Tangentialvorabscheider 27, in welchem eine Vorabscheidung grober Schmutzpartikel, die in der Verbrennungsluft mitgeführt werden, erfolgt, bevor anschließend der Filtermediumkörper durchströmt wird. Die gereinigte Luft wird aus dem Inneren des Filtermediumkörpers axial über die Abströmseite 28 abgeleitet, an der sich ein Strömungsstutzen 29 befindet, über den der Luftfilter 4 an den Ansaugtrakt angeschlossen ist.
  • Dem Luftfilter 4 ist eine Spüleinrichtung 30 zugeordnet, die den in 2 nicht dargestellten Drucklufttank, die Verbindungsleitung 22 vom Drucklufttank zum Inneren des Filtermediumkörpers sowie das einstellbare Ventil 23 in der Druckluftleitung 22 umfasst. Die Verbindungsleitung 22 und das Ventil 23 sind an dem Filtergehäuse 26 des Luftfilters 4 angeordnet; auch der Drucklufttank kann am Filtergehäuse 26 befestigt oder einteilig mit dem Filtergehäuse 26 ausgebildet sein.
  • Die Verbindungsleitung 22 ist radial durch den Strömungsstutzen 29 geführt und weist innerhalb des Strömungsstutzens 29 axial in den Innenraum innerhalb des Filtermediumkörpers im Filtergehäuse 26 hinein. Der Druckluftstoß wird vom Drucklufttank über die Verbindungsleitung 22 und das geöffnete Ventil 23 in das Innere des Filtermediumkörpers geleitet und kann sich dort über die innen liegende Reinseite des Filtermediumkörpers radial nach außen ausbreiten, so dass die Ablagerungen auf der außen liegenden Rohseite des Filtermediumkörpers gelöst werden.
  • Von der Verbindungsleitung 22 verzweigt innerhalb des Strömungsstutzens 29 eine weitere Verbindungsleitung 24, die axial entgegengesetzt nach außen gerichtet ist und somit in Strömungsrichtung der im Filtrationsbetrieb gereinigten und axial aus dem Luftfilter 4 abgeleiteten Verbrennungsluft gerichtet ist. Über die Verbindungsleitung 24 kann zusätzlich Druckluft aus dem Drucklufttank in den Ansaugtrakt geleitet werden. Damit ist beispielsweise ein Betrieb möglich, bei dem während des Spülbetriebs des Luftfilters 4 Luft aus dem Drucklufttank über die Verbindungsleitung 24 in den Ansaugtrakt geführt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 9108135 B2 [0002]

Claims (11)

  1. Luftfilter im Ansaugtrakt (3) einer Brennkraftmaschine (1), dadurch gekennzeichnet, dass dem Luftfilter (4) ein Drucklufttank (5) zugeordnet ist, der mit dem Luftfilter (4) verbunden ist, wobei der Drucklufttank (5) zusätzlich mit der Brennkraftmaschine (1) oder der Peripherie der Brennkraftmaschine (1) zum wahlweisen oder zusätzlichen Einleiten von Luft verbindbar ist.
  2. Luftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Verbindungsleitung (22) zwischen dem Drucklufttank (5) und dem Luftfilter (4) ein Ventil (23) integriert ist, von dem eine weitere Verbindungsleitung (24) zur Brennkraftmaschine (1) oder der Peripherie der Brennkraftmaschine (1) verzweigt.
  3. Luftfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von der Verbindungsleitung (22) zwischen dem Drucklufttank (5) und dem Luftfilter (4) die weitere Verbindungsleitung (24) zur Brennkraftmaschine (1) oder der Peripherie der Brennkraftmaschine (1) verzweigt.
  4. Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucklufttank (5) am Filtergehäuse (26) des Luftfilters (4) angeordnet ist.
  5. Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft aus dem Drucklufttank (5) zur Reinseite des Luftfilters (4) geführt ist.
  6. Brennkraftmaschine mit einem Luftfilter (4) im Ansaugtrakt (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucklufttank (5) mit dem Ansaugtrakt (3) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.
  8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ansaugtrakt (3) ein Verdichter (11) integriert ist und die Druckluft stromauf und/oder stromab des Verdichters (11) in den Ansaugtrakt (3) einleitbar ist.
  9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucklufttank (5) mit den Zylindern der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.
  10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucklufttank (5) mit dem Abgasstrang (7) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.
  11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Abgasstrang (7) eine Abgasturbine (10) integriert ist und die Druckluft stromauf und/oder stromab der Abgasturbine (10) in den Abgasstrang (7) einleitbar ist.
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