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Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Heutige Kraftfahrzeuge besitzen zur Reduzierung einer Tankleckage, d.h. einer Verdampfung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs, Reduktionsmittel in Form von Aktivkohle aufweisenden Filtereinrichtungen, so genannten Aktivkohlefilter. Bedingt durch verschärfte Anforderungen an Verbrauch und Emissionen von Kraftfahrzeugen, bspw. wird in den USA LEVII übergeführt in LEVIII, ist eine reduzierte Spülmenge zur Regenerierung der Aktivkohlefilter gefordert. Eine Diffusion von Kohlenwasserstoffen, welche auch als „Bleedingemission“ bezeichnet wird, tritt dabei in den Vordergrund der anzustrebenden Reduzierungen.
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Eine Regenerierleistung der Filtereinrichtung, bei denen die Aktivkohle horizontal angeordnet ist, d.h. horizontal beladen und gespült wird, kann bei geringen Spülmengen moderner Antriebssysteme möglicherweise eine nicht ausreichende Regenerierung der Aktivkohle, für bspw. so genannte SHED-Tests, zur Folge haben. SHED-Test sind Emissionstest in einer gasdichten Prüfkammer. Insbesondere hier ist ein Einfluss der Bleedingemission auf die Regenerierung der Aktivkohle deutlich erkennbar.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2009 007 312 A1 offenbart eine Filtereinrichtung zur Kohlenwasserstoffadsorption für ein Kraftfahrzeug. Die Filtereinrichtung umfasst Kammern, deren Anschlüsse so angeordnet sind, dass aus einem Ausperlbehälter ausperlender Kraftstoff sich auf Grund der Gravitationskraft am Ausperlbehälter unten sammelt und ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie bspw. eine Förderpumpe in einen Kraftstofftank zurückfließen kann.
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Der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 004 081 A1 ist eine Filtereinrichtung für ein Kraftfahrzeug zu entnehmen, deren Filtermodul aus einem einteiligen Filtermodulgehäuse mit in Reihe geschalteten Filterkammern besteht, wobei in den Filterkammern Aktivkohle in Form von so genannten Honeycombs zur Adsorption von Kohlenwasserstoffen aufgenommen sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Filtereinrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Filtereinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Kammeranordnung mit einer Aktivkohle aufweisenden Kammer, wobei die Kammer ausgehend von einer Einströmöffnung der Filtereinrichtung hin zu einer Ausströmöffnung über die Kammeranordnung durchströmbar ausgebildet ist. Es ist eine Zusatzeinrichtung mit einer weiterer Kammer der Filtervorrichtung zugeordnet, wobei die weitere Kammer der Zusatzeinrichtung quer zur Kammer durchströmbar ist.
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Aufgrund eines Dichteunterschieds zwischen Kohlenwasserstoffen, welche in Form einer Tankleckage der Filtereinrichtung zugeführt wird, und einer in der mit Aktivkohle befüllten Kammeranordnung vorliegenden Luft, wird eine zusätzlich regenerierende Wirkung der Zusatzeinrichtung durch eine quer zur Kammer der Kammeranordnung durchströmbaren weiteren Kammer der Zusatzeinrichtung gesteigert. Dies ist darin zu sehen, dass grundsätzlich eine in Richtung einer Gravitationskraft gerichtete Durchströmung der Kammeranordnung und der Zusatzanordnung die Regeneration positiv beeinflusst. Mitunter kann diese Richtung nicht immer bauraumbedingt eingehalten werden. Daher ist es von Vorteil, die weitere Kammer der Zusatzanordnung quer zur Kammern der Kammeranordnung zu durchströmen. Somit kann eine verbesserte Regeneration und damit eine Steigerung einer Leistung der Filtereinrichtung erzielt werden.
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Insbesondere ist es vorteilhaft die Kammer bezüglich der Richtung der Gravitationskraft horizontal und die weitere Kammer bezüglich der Richtung der Gravitationskraft vertikal zu durchströmen.
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In einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung weist die weitere Kammer Monolithe in Form von Honeycombs zur Leistungssteigerung der Filtereinrichtung auf.
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Ebenso vorteilhaft ist die Ausführung der weiteren Kammer in Form einer Überströmkammer, einer so genannten „Menke Kammer“.
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Eine weitere zusätzliche Steigerung der Leistung weist die erfindungsgemäße Filtereinrichtung bei dem Einsatz eines Heizelementes in der weiteren Kammer auf. Mit anderen Worten ist die weitere Kammer mit einem Heizelement bestückt. Die Erwärmung eines die weitere Kammer durchströmenden Beladungs- und Spülstromes ergibt eine vorteilhafte Reduzierung der Bleedingemission. Daher ist es auch von Vorteil mehrere weitere Kammern der Zusatzeinrichtung mit einem Heizelement zu bestücken.
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Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung weist eine kompakte Bauform auf, die insbesondere mit Hilfe der quer zueinander angeordneten Durchströmrichtungen der Kammer und der weiteren Kammer ermöglicht ist. Zur Herbeiführung der kompakten Bauform ist eine erste Länge der Kammeranordnung größer als eine zweite Länge der Zusatzeinrichtung, wobei die Kammeranordnung sich in Richtung einer ersten Längsachse und die Zusatzeinrichtung in Richtung einer zweiten Längsachse erstreckend ausgebildet sind. Die Kammeranordnung und die Zusatzeinrichtung sind nebeneinander sich in Richtung ihrer Längsachsen erstreckend derart angeordnet, dass einenends die Kammeranordnung mit der Zusatzeinrichtung annähernd bündig positioniert ist, und anderenends ein Aufnahmeraum ausgebildet ist, in dem ein Luftfilter mit der Zusatzvorrichtung oder der Kammeranordnung durchströmbar angeordnet ist.
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Zur Erzielung der kompakten Bauweise ist zusätzlich ein Diagnosemodul der Filtervorrichtung im Aufnahmeraum positioniert.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen Schnittdarstellung eine Filtereinrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 in einem Längsschnitt die Filtereinrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 in einem Längsschnitt die Filtereinrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel,
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4 in einem Längsschnitt die Filtereinrichtung in einem vierten Ausführungsbeispiel,
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5 in einem Längsschnitt die Filtereinrichtung in einem fünften Ausführungsbeispiel, und
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6 in einem Längsschnitt die Filtereinrichtung in einem sechsten Ausführungsbeispiel.
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Eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung 1 eines ersten Ausführungsbeispiels ist gem. 1 aufgebaut. Die Filtereinrichtung 1 ist für ein Kraftstoffsystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen und dient einer Rückhaltung von aus dem Kraftstoffsystem verdunstenden Kraftstoffes, einer so genannten Tankleckage. Ein Leckagestrom der Tankleckage wird durch die Filtereinrichtung 1 über unterschiedliche Filterelemente geleitet.
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Die Filtereinrichtung 1 umfasst ein Filterelement in Form einer Kammeranordnung 2 mit Kammern 3, welche Aktivkohle 4 aufnehmbar ausgebildet sind. Die Kammern 3 sind in Richtung einer ersten Durchströmrichtung D1 durchströmbar ausgerichtet, wobei die erste Durchströmrichtung D1 horizontal zu einer Gravitationskraftrichtung G orientiert ist. Die Kammern 3 werden seriell vom Leckagestrom durchströmt und sind mittels Kammerwänden 16 voneinander getrennt. Der Leckagestrom tritt an einem Ende der ersten Kammer 3 der Kammeranordnung 2 ein, durchströmt diese bis zu ihrem anderen Ende und tritt dann über eine nicht näher dargestellte Zwischenkammer in die seriell nächstliegend angeordnete Kammer, an deren, dem anderen Ende der ersten Kammer 3 nächstliegenden Ende ein. Dadurch ändert sich eine Orientierung des Leckagestromes um ca. 180° innerhalb der Kammeranordnung 2 entlang der ersten Durchströmrichtung D1 nach einer vollständigen Durchströmung einer Kammer 3.
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Die Filtereinrichtung 1 umfasst ein weiteres Filterelement in Form einer Zusatzeinrichtung 5, welche zur weiteren Reduzierung der Tankleckage aufgebaut ist. Die Zusatzeinrichtung 5 besteht aus, im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, zwei weiteren Kammern 6, welche Monolithe 7, in Form von Kohlemonolithen, sog. Honeycombs, beinhalten. Die weiteren Kammern 6 weisen ebenfalls Kammerwände auf, die sie in Durchströmrichtung voneinander trennen, und sind unterteilt, sodass in jeder Teilkammer 8 jeweils ein Monolith vorliegt. Die weiteren Kammern 6 werden ebenfalls seriell vom Leckagestrom durchströmt, so dass dieser auch hier seine Orientierung entlang der zweiten Durchströmrichtung D2 ändert.
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Die Filtereinrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels weist drei Kammern 3 der Kammeranordnung 2 auf, welche ausgehend von der Einströmöffnung 9 nacheinander in Richtung des Pfeils 10 durchströmt werden. Kohlenwasserstoffe der Tankleckage werden an der Aktivkohle 4 und den Monolithen 7 gebunden. Eine Freisetzung der gebundenen Kohlenwasserstoffe erfolgt bei einem Öffnen einer mit einem üblicherweise Ansaugtrakt einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine verbundenen durchströmbaren Leitung der Filtereinrichtung 1. Mit dem Öffnen der Leitung wird ein die Filtereinrichtung 1 durchströmender Spülstrom herbeigeführt, der zu einer Lösung der Kohlenwasserstoffe und einer Spülung der Aktivkohle führt.
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Damit dieser Spülstrom gereinigt dem Ansaugtrakt zugeführt werden kann, umfasst die Filtereinrichtung 1 einen Luftfilter 11. Dieser dient dem Filtern der aus der Zusatzeinrichtung 5, an einer dort ausgestalteten Ausströmöffnung 12 der Filtervorrichtung 1, ausströmenden Spülstromes. Der Spülstrom wird der Verbrennungskraftmaschine zur Verbrennung zugeführt. Ein Diagnosemodul 13 der Tankleckage, ein so genanntes DTML, ist der Filtereinrichtung 1 ebenfalls zugeordnet.
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Zur verbesserten Reinigung der Tankleckage mit Hilfe der Filtereinrichtung 1 erfolgt eine Durchströmung der Zusatzeinrichtung 5 in Richtung einer zweiten Durchströmrichtung D2 quer zur ersten Durchströmrichtung D1, in diesem Ausführungsbeispiel vertikal zur Gravitationskraftrichtung G. Die Filtereinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Zusatzeinrichtung 5 mit vier Monolithen 7 auf.
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In 2 ist die Filtereinrichtung 1 in einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die horizontal angeordneten Kammern 3 der Kammeranordnung 2 sind kombiniert mit der Zusatzeinrichtung 5, deren weitere Kammern 6 vertikal angeordnet sind. Die Zusatzeinrichtung 5 weist insgesamt drei weitere Kammern 6 auf, wobei zwei weitere Kammern 6 mit Monolithen 7 bestückt sind und eine zwischen diesen beiden weiteren Kammern 6 angeordnete weitere Kammer 6 als Überströmkammer ausgebildet ist. Diese Überströmkammer ist in Form einer so genannten „Menke Kammer“ ausgebildet, welche eine nicht bestückte, leere Kammer und einen Überströmkanal besitzt
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Die gemäß 3 ausgebildete Filtereinrichtung 1 eines dritten Ausführungsbeispiels, weist ein Heizelement 14, einen so genannten PTC-Heizer, zur Erwärmung des Leckagestromes auf. Der PTC-Heizer 14 ist in einer der weiteren Kammern 6 aufgenommen. Er ist in diesem dritten Ausführungsbeispiel unmittelbar in der weiteren Kammer 6 positioniert, welche die erste weitere Kammer 6 darstellt, die vom aus der Kammeranordnung 2 austretenden in die Zusatzeinrichtung 5 eintretenden Leckagestrom beaufschlagt wird. Somit kann der über die Kammeranordnung 2 geleitete Leckagestrom zur verbesserten Leistung der Filtereinrichtung 1 vor seinem Eintreten in die Monolithe 7 und/oder die Überströmkammer erwärmt werden. Mit anderen Worten ist der PTC-Heizer 14 stromauf der an der Ausströmöffnung 12 der Zusatzeinrichtung 5 positionierten Monolithe 7 in der Zusatzeinrichtung 5 angeordnet.
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In einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Filteranordnung 1 wird auf die Monolithe 7 in der Zusatzeinrichtung 5 verzichtet und es ist eine weitere Kammer 6 als Überströmkammer ausgebildet. Ebenso könnten in diesen Überströmkammern weitere Heizelemente 14 angeordnet sein. Im dargestellten vierten Ausführungsbeispiel wären somit drei Heizelemente 14 angeordnet, wodurch sich eine entsprechend benötigte Leistung der Filtereinrichtung 1 an einen jeweiligen Bedarf anpassen ließe.
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Die in einem fünften Ausführungsbeispiel dargestellte Filtereinrichtung 1 umfasst zwei als Überströmkammern ausgebildet weitere Kammern 6 und eine weitere Kammer 6, welche zwei Teilkammern 8 aufweist, in denen jeweils ein Monolith 7 angeordnet ist.
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Es ist nicht zwingend nötig, dass die Monolithe 7 aufweisenden weiteren Kammern 6 Teilkammern 8 besitzen. Ebenso kann, wie in 6 dargestellt, die weitere Kammer 6 einen einzigen Monolith 7 aufnehmen. Mit anderen Worten können die kleineren, kürzeren Monolithe 7 durch größere, längere Monolithe 7 ersetzt werden.
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Die erfindungsgemäße Filtervorrichtung 1 besitzt einen kompakten Aufbau, der mit Hilfe der quer zueinander angeordneten Durchströmrichtungen D1, D2 möglich ist.
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Die Kammeranordnung 2 weist eine erste Längsachse LA1 auf, die parallel zur ersten Durchströmrichtung D1 ausgebildet ist. Entlang dieser ersten Längsachse LA1 erstreckt sich die Kammeranordnung 2 über eine erste Länge L1. Das bedeutet mit anderen Worten, dass zur erfolgreichen und ausreichenden Bindung der Kohlenwasserstoffe und benötigten Leistung der Filtereinrichtung 1 die Kammeranordnung 2 eine bestimmte erste Länge L1 aufweist.
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Eine zweite Länge LA2 der Zusatzeinrichtung 5, die sich entlang ihrer zweiten Längsachse L2 erstreckend ausgebildet ist, ist kleiner als die erste Länge L1 aufgrund der quer zur ersten Durchströmrichtung D1 vorliegenden zweiten Durchströmrichtung D2 der Zusatzeinrichtung 5. Mit anderen Worten ist die Zusatzeinrichtung 5 kürzer aufgebaut als die Kammeranordnung 2. Eine einenends bündige Positionierung der Kammeranordnung 2 und der Zusatzeinrichtung 5 ergibt einen anderenends ausgebildeten Aufnahmeraum 15 für weitere Elemente der Filtervorrichtung 1, wie in diesem Ausführungsbeispiel den Luftfilter 11 und das Diagnosemodul 13. V0rteilhaft ist das Diagnosemodul 13 quer zur zweiten Längsachse L2 unter dem Luftfilter 11 mit diesem durchströmbar angeordnet.
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Es ist selbstredend, dass ebenso die Zusatzeinrichtung 5 die Einströmöffnung 9 und die Kammeranordnung 3 die Ausströmöffnung 12 aufweisen könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009007312 A1 [0004]
- DE 102011004081 A1 [0005]
