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Gebiet der
Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Luftreinigerelement für einen
Verbrennungsmotor beispielsweise eines Kraftwagens.
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Technischer
Hintergrund
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Als
Luftreinigerelement für
einen Verbrennungsmotor eines Kraftwagens oder ähnliches ist ein Luftreinigerelement
bekannt (siehe beispielsweise die folgende Patentveröffentlichung
1, Seite 1), bei welchem ein Filterelement in einer Chrysanthemenanordnung
aus einem Vliesstoff des Dichtegefälletyps, welcher grobe und
dichte Schichten aufweist und mittels eines Rahmens befestigt ist,
ausgebildet ist. Dieses Filterelement, welches aus dem Vliesstoff
des Dichtegefälletyps
ausgebildet ist, weist ein geeignetes Dichtegefälle von der groben Schicht
zu der dichten Schicht auf, welches der Teilchenverteilung des Staubs,
welcher durch das Filterelement abgefangen werden soll, entspricht.
Die grobe Schicht auf einer äußeren Lufteintrittsseite
dient hauptsächlich
zum selektiven Abfangen von Stäuben,
welche jeweils einen großen
Teilchendurchmesser aufweisen, und demgegenüber dient die dichte Schicht
auf der äußeren Luftaustrittsseite
zum Abfangen von Stäuben, welche
hauptsächlich
aus Kohlenstoffteilchen bestehen, welche jeweils einen kleinen Teilchendurchmesser
aufweisen.
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- [Patentveröffentlichung
1]: Japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. SHO 56-107950
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Entsprechend
der Verwendung des Filterelements, welches aus dem Vliesstoff des
Dichtegefälletyps
ausgebildet ist, können
Stäube
durch die jeweiligen Schichten bei einer guten Abstimmung der jeweiligen
Schichten, um dadurch eine bedeutende Unterdrückung des Anstiegs des Luftdurchtrittswiderstands
des Filterelements zu bewirken, wirksam selektiv abgefangen werden.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftreinigerelement
zu verbessern, welches aus einem Vliesstoff des Dichtegefälletyps
ausgebildet ist, wobei dessen Leistung aufrechterhalten wird. Genauer
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Luftreinigerelement
zu schaffen, welches in der Lage ist, die Staubdurchlässigkeit
zu verbessern (das bedeutet, die Staubdurchdringmenge des Staubs,
welcher einmal abgefangen wurde und dann durch ein Pulsieren der
Luftströmung
von einem Filterelement gelöst
wurde, zu vermindern), während
die Staub- und Kohlenstoffabfangsleistung eines Vliesstoffs des
Dichtegefälletyps
aufrechterhalten wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann die oben erwähnte Aufgabe durch Schaffen
eines Luftreinigerelements lösen,
welches eine erste Filterschicht, welche aus einem Vliesstoff ausgebildet
ist, und eine zweite Filterschicht, welche auf der Abstromseite
der ersten Filterschicht bezüglich
einer Luftströmungsrichtung
angeordnet ist und aus einem Vliesstoff ausgebildet ist, welcher
eine feinmaschige Struktur im Vergleich zu der der ersten Filterschicht
aufweist, wobei die erste Filterschicht mit einem Öl imprägniert ist und
die zweite Filterschicht ölabweisende
Eigenschaften aufweist.
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Gemäß dieser
Erfindung kann es unterdrückt werden,
daß sich
der einmal abgefangene Staub davon löst. Ferner kann es durch Anordnen
des zweiten Filters, welcher ölabweisende
Eigenschaften aufweist, verhindert werden, daß sich das Öl, welches durch Imprägnieren
in der ersten Filterschicht aufgenommen ist, zu der zweiten Filterschicht
hin bewegt. Daher kann die Staubdurchdringmenge, das bedeutet, eine
Menge des Staubs, welcher einmal abgefangen wurde, welche von dem
Filterelement gelöst wird,
vermindert werden.
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Es
ist bevorzugt, daß die
erste Filterschicht eine mehrlagige Schichtstruktur aufweist, welche eine
Vielzahl von Schichten umfaßt,
wobei eine Schicht eine weitmaschige (grobmaschige) Struktur in
Vergleich zu einer weiteren Schicht in Abstromrichtung aufweist
und die erste Filterschicht eine Dicke aufweist, welche größer als
die der zweiten Filterschicht ist.
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Gemäß diesem
bevorzugten Aspekt der Erfindung ist die erste Filterschicht aus
einer Vielzahl von Schichten zusammengesetzt, um dadurch die Staubabfangsmenge
zu gewährleisten,
ohne den Luftdurchtrittswiderstand zu erhöhen. Ferner ermöglicht es
die zweite Filterschicht, dadurch, daß die Dicke der ersten Filterschicht
größer als
die der zweiten Filterschicht ausgebildet wird, daß der Staub
und der Kohlenstoff in relativ großen Mengen abgefangen werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 ist eine Schnittansicht,
welche ein Ausführungsbeispiel
eines Luftreinigerelements gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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2 ist eine Schnittansicht,
welche ein erstes Filterelement darstellt.
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Die 3A, 3B und 3C sind
perspektivische Ansichten, welche ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Luftreinigerelements darstellen (die 3A, 3B stellen ein Beispiel eines
Filterelements dar, welches in der Gestalt eines Täfelungsprofils
gebogen ist, und 3C stellt
ein Beispiel des Filterelements dar, welches in flacher Gestalt
ausgestreckt ist).
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Die 4A und 4B sind perspektivische Ansichten eines
weiteren Beispiels eines Filterelements (4A stellt ein Beispiel mit einer rohrförmigen Gestalt
dar, und 4B stellt ein
Beispiel mit einer Chrysanthemengestalt dar).
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5 ist ein Kurvendiagramm,
welches die Leistung eines Filterelements des Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung in Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel
darstellt.
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6 stellt eine Struktur eines
Filterelements eines Vergleichsbeispiels dar.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
zur Verwirklichung der Erfindung Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel
des Luftreinigerelements gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Verweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
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Ein
Luftreinigerelement 10, welches in 1 dargestellt ist, ist aus einem gefalteten
Filterelement 1 und einem rechteckigen Rahmenelement 2,
welches aus einem Kunststoff hergestellt ist, worin das Filterelement 1 aufgenommen
und gehalten wird, zusammengesetzt. Wie in 1 dargestellt, ist das Filterelement 1 an
dessen Umfangsabschnitt als Einsatzformteil in dem Rahmenelement 2 ausgebildet, so
daß dieses
daran befestigt ist.
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2 stellt das Filterelement 1 dar.
Das Filterelement 1 umfaßt eine erste Filterschicht 3,
welche auf der Zustromseite angeordnet und aus einem Vliesstoff
ausgebildet ist, und eine zweite Filterschicht 4, welche
auf der Abstromseite angeordnet und gleichfalls aus einem Vliesstoff
ausgebildet ist. Die erste Filterschicht 3 weist eine grobmaschige Struktur
auf, und die zweite Filterschicht 4 weist demgegenüber eine
feinmaschige Struktur in Vergleich zu der ersten Filterschicht 3 auf.
Die erste Filterschicht 3 ist mit Öl imprägniert, und die zweite Filterschicht 4 ist
niemals mit Öl
imprägniert,
und die zweite Filterschicht 4 weist eine Struktur des
Trockentyps auf, welche mit ölabweisenden
Eigenschaften versehen ist.
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Die
erste Filterschicht 3 weist eine Dicke auf, welche größer als
die der zweiten Filterschicht 4 ist. Ferner ist die erste
Filterschicht 3 aus einer Vielzahl von Schichten, beispielsweise
2 bis 4, zusammengesetzt, welche in einer derartigen Weise gestapelt sind,
daß eine
Schicht auf der Zustromseite eine grobmaschige Struktur in Vergleich
zu einer weiteren Schicht auf der Abstromseite aufweist. Der Grund, warum
die Dicke der ersten Filterschicht 3 größer als die der zweiten Filterschicht 4 ist,
ist es, große
Mengen von Staub und Kohlenstoff abzufangen (das bedeutet, daß der Grund
nicht darin liegt, daß der
Staub und der Kohlenstoff durch eine Oberfläche abgefangen würden, wie
etwa bei einem Filterpapier, sondern darin liegt, daß viel Staub
und Kohlenstoff durch das Volumen, wobei dies die Dicke umfaßt, abgefangen werden
können).
Ferner liegt der Grund, warum die erste Filterschicht 3 aus
einer Vielzahl von Schichten zusammengesetzt ist, darin, daß die Menge
des abgefangenen Staubs und Kohlenstoffs gewährleistet werden kann, ohne
den Luftdurchtrittswiderstand zu erhöhen.
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Als
Material zum Ausbilden der ersten Filterschicht 3 wird
ein Vliesstoff verwendet. Der Vliesstoff ist ein Stoff, welcher
aus Kunstfasern durch Binden, Warmpressen, Vernähen und unregelmäßiges Anordnen
der Fasern bzw. Verfilzen davon ausgebildet wird. Der Vliesstoff
zum Ausbilden der ersten Filterschicht 3 umfaßt lipophile
Fasern, wie etwa Polyethylen-Terephthalat
(PET), Polyester, Polyamid oder ähnliches.
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Die
erste Filterschicht 3 wird mit einem Öl, wie etwa einem viskosen Öl, imprägniert.
An der oberen Oberfläche
der ersten Filterschicht 3 sickert das Öl, welches durch Imprägnieren
in der ersten Filterschicht 3 aufgenommen wurde, aus, so
daß dadurch ein
Zustand geschaffen wird, welcher geeignet ist, den Staub einfach
abzufangen. Das bedeutet, daß, nachdem
der Staub durch Öl
an der Oberfläche
der ersten Schicht 3 abgefangen wurde, durch weiteres Eindringen
von Öl
in den abgefangenen Staub eine Wirkung erreicht wird, welche zum
weiteren Abfangen des nächsten
Staubs an der Oberfläche
des abgefangenen Staubs dient.
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Ein
Vliesstoff wird ferner für
das Material der zweiten Filterschicht 4 verwendet. Der
Vliesstoff, welcher diese zweite Filterschicht 4 ausbildet,
ist mit Ölabweisungsfasern
(ölabweisenden
Fasern) angereichert. Es können
fluorhaltige Fasern, Fasern, welche mit Fluor beschichtet sind oder ähnliche
Fasern als ölabweisende
Fasern verwendet werden. Das Fluor kann als Bindemittel verwendet
werden. Die ölabweisenden
Fasern können
eine Bewegung des Öls
in der ersten Filterschicht 3 zu der zweiten Filterschicht 4 unterdrücken.
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Die
Aufnahme des Öls
in der ersten Filterschicht 3 durch Imprägnieren
kann ein Lösen
des abgefangenen Staubs von der ersten Filterschicht 3 unterdrücken. Ferner
wird eine Bewegung des Öls,
welches in der ersten Filterschicht 3 enthalten ist, in
die zweite Filterschicht 4 durch die ölabweisenden Eigenschaften
der zweiten Filterschicht 4 unterdrückt. Aus diesem Grund kann
die Durchdringmenge des Staubs, welcher durch das Pulsieren der
Luftströmung
einmal abgefangen und aus dem Filterelement 1 ausgestoßen wird,
wirksam vermindert werden.
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Die
zweite Filterschicht 4 weist eine dichte Struktur in Vergleich
zu der ersten Filterschicht 3 auf. Genauer weist beispielsweise
jede der Fasern, welche die zweite Filterschicht 4 ausbilden,
einen Durchmesser auf, welcher kleiner als der der ersten Filterschicht 3 ist,
und die Öffnungsweite
der Fasern mit dem Bindemittel der zweiten Filterschicht 4 ist
kleiner als die der ersten Filterschicht 3 ausgebildet.
Ferner ist die zweite Filterschicht 4 aus einer Vielzahl
von Schichten zusammengesetzt, beispielsweise aus 1 bis 3 Schichten,
welche derart gestapelt sind, daß eine Schicht, welche auf
der Zustromseite der Luftströmung
angeordnet ist, eine grobmaschige Struktur in Vergleich zu einer
weiteren Schicht, welche auf der Abstromseite davon angeordnet ist,
aufweist. Die Staub bzw. Kohlenstoffabfangswirksamkeit kann durch
Abstimmen der Öffnungsweite,
des Faserdurchmessers, der Bindemittelmenge, der Dicke, der Schichtstruktur
der zweiten Filterschicht 4 oder ähnliches reguliert werden.
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In
dem Fall, daß ein
Luftreinigerelement gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung als Luftreinigerelement für ein Fahrzeug
verwendet wird, wird beispielsweise die Dicke der ersten Filterschicht 3 auf
0,4 bis 1,7 mm festgelegt, und die der zweiten Filterschicht 4 wird
auf 0,1 bis 0,8 mm festgelegt. Demgegenüber wird die Dicke der gesamten
Struktur des Filterelements 1 in Erwägung der Gestaltungsfreiheit
derart festgelegt, daß diese
dünner
als die eines Filterelements ist, welches aus einem herkömmlichen
Vliesstoff des Dichtegefälletyps ausgebildet
ist, und diese wird beispielsweise auf 1,0 bis 1,5 mm festgelegt.
Die Dicke der ersten Filterschicht 3 und die der zweiten
Filterschicht 4 werden auf optimale Werte der Abfangswirksamkeit
davon im Hinblick auf die Abfangsmengen von Staub und Kohlenstoff
und die Eigenschaften des Vorbeiblasens an Öl festgelegt.
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Die
Bindung bzw. Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Filterschicht 3 und 4,
zwischen den jeweiligen Schichten der ersten Filterschicht 3 und
zwischen den jeweiligen Schichten der zweiten Filterschicht 4 erfolgt
durch Aufnahme des Binders in der Oberfläche, welche gebunden werden soll,
durch Imprägnieren
und Verwenden einer Nadelfilzmaschine zum Verfilzen jeweiliger Fasern.
Bei den anderen Verfahren können
diese Schichten durch Einfügen
von Schmelzfasern, wie etwa Fasern mit niedrigem Schmelzpunkt, in
den Fasern der jeweiligen Schichten und sodann durch Verbinden davon
miteinander, Verschmelzen davon miteinander, Verwenden von Haftmitteln
und Verwenden dieser Verfahren in Kombination verbunden werden.
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Bei
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung kann, obgleich, wie in 1 dargestellt, das Filterelement 1 mit
der gebogenen Form zum Vergrößern der
tatsächlichen
Oberflächengröße des Filters
verwendet wird, das Filterelement 1 mit der ausgestreckten
flachen Gestalt verwendet werden, wie in 3C dargestellt. Ferner stellen 3A und 3B Beispiele dar, bei welchen das Filterelement 1 derart
gefaltet und gebogen ist, daß ein
Filter des täfelungsprofilförmigen Typs geschaffen
wird. Ferner kann das Filterelement 1 frei geeignet ausgebildet
werden, um verschiedene Gestalten aufzuweisen, wie beispielsweise,
wie in 4A und 4B dargestellt, wobei das
Filterelement 1 zu einer rohrförmigen Struktur bzw. einer
Chrysanthemengestalt zum Leiten der Luft von der Innenseite der
rohrförmigen
Struktur zu der Außenseite
davon bzw. umgekehrt ausgebildet ist.
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5 umfaßt Kurvendarstellungen, welche die
Leistungskurven des Filterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung in Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel (das bedeutet,
einem Filterelement des Dichtegefälletyps mit herkömmlicher
Struktur) darstellen, und dabei wird der Fall angenommen, daß ein Luftreinigerelement
in einem Ansaugweg des Motors aufgenommen ist.
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6 stellt die Struktur des
Filterelements des Vergleichsbeispiels dar. Das Filterelement 6 des Vergleichsbeispiels
ist aus einer ersten Filterschicht 7, welche aus einem
Vliesstoff aus Polyesterfasern ausgebildet ist, und einer zweiten
Filterschicht 8, welche aus einem Vliesstoff aus Polyesterfasern
ausgebildet ist, zusammengesetzt. Die erste Filterschicht 7 ist
mit einer grobmaschigen Struktur ausgebildet, und die zweite Filterschicht 8 ist
demgegenüber
mit einer feinmaschigen Struktur ausgebildet. Die Dicke der ersten
Filterschicht 7 ist auf etwa 2 mm festgelegt, und die der
zweiten Filterschicht 8 ist auf etwa 0,5 mm festgelegt.
Ferner sind sowohl die erste als auch die zweite Filterschicht 7 und 8 nicht
mit Öl
imprägniert.
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Die
Leistungskurven der Filterelemente gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung werden im Hinblick auf die Punkte beschrieben, welche
in 5 dargestellt sind.
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(Luftdurchtrittswiderstand)
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann aufgrund der Tatsache, daß die Dicke
des Filterelements dünn
ausgebildet werden kann, das Filterelement 1 beispielsweise
einfach in Zickzackform gefaltet und gebogen werden, wobei eine
große
Filterungsoberflächengröße geschaffen wird.
Demgemäß kann der
Luftdurchtrittswiderstand in Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel
vermindert werden. Ferner wird ein Fall betrachtet, wobei der Luftdurchtrittswiderstand
der Einheit des Filterelements gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung von dem des Vergleichsbeispiels nicht sehr verschieden
ist.
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(Staubabfangsmenge (Verhältnis))
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird der Staub durch das Öl abgefangen,
welches an der Oberfläche
der ersten Filterschicht 3 vorhanden ist, und danach dringt
das Öl weiter
durch den somit abgefangenen Staub hindurch, wodurch eine Wirkung
des Abfangens des nächsten
Staubs an der Oberfläche
des abgefangenen Staubs erreicht wird (eine sogenannte Erzeugung
einer Staubkuchenschicht). Die Staubabfangsmenge kann durch die
Hinzufügung
der Abfangswirkung, welche dem Volumen des Vliesstoffs entspricht,
zu der Abfangswirkung der Staubkuchenschicht vergrößert werden.
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(Staubdurchdringmenge)
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Durch
Austauschen der ersten Filterschicht 3, wobei eine des
Trockentyps gegen eine des Naßtyps
ausgetauscht wird, kann ein Lösen
des abgefangenen Staubs davon unterdrückt werden, so daß die Staubabfangsmenge
vermindert wird. Diese Staubabfangsmenge ist eine Menge des Staubs,
welcher einmal abgefangen wurde, welche wegen des Pulsierens der
Luft oder ähnlichem
zu der Abstromseite des Filterelements durchdringt, und hängt daher
von der Pulsierstärke,
der Pulsierfrequenz, der Strömungsgeschwindigkeit
und ähnlichem
ab. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
kann die Bewegung des Staubs aufgrund des Pulsierens der Luftströmung dadurch
verhindert werden, daß die
erste Filterschicht 3 als eine des Naßtyps ausgebildet wird.
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(Staubreinigungswirksamkeit)
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Die
Staubreinigungswirksamkeit wird als "Staubreinigungswirksamkeit" = "durch das Filterelement
abgefangene Staubmenge (g) + Menge (g) des Staubs, welcher das Filterelement
durchdringt". Die Staubreinigungswirksamkeit
wird durch die Strömungsgeschwindigkeit
der Luft, welche durch das Filterelement hindurchtritt, und die Öffnung davon
beeinflußt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigte
sich kein bedeutender Un terschied der Staubreinigungswirksamkeit
zu dem Vergleichsbeispiel.
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(Kohlenstoffabfangsmenge)
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Der
Vliesstoff selbst weist eine hohe Kohlenstoffabfangsleistung auf.
Gemäß dem Filterelement 1 des
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung kann die Dicke des Filterelements dünn ausgebildet
werden, was zu einer größeren Filterungsfläche führt. Aus
diesem Grund kann die Kohlenstoffabfangsmenge verbessert werden.
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(Kohlenstoffreinigungswirksamkeit)
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Die
Kohlenstoffreinigungswirksamkeit wird als "Kohlenstoffreinigungswirksamkeit" = "durch das Filterelement
abgefangene Kohlenstoffmenge (g) + Menge (g) des Kohlenstoffs, welcher
das Filterelement durchdringt".
Die Kohlenstoffreinigungswirksamkeit wird durch die Strömungsgeschwindigkeit der
Luft, welche durch das Filterelement hindurchtritt, und die Öffnung davon
beeinflußt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zeigte sich kein bedeutender Unterschied der Kohlenstoffreinigungswirksamkeit
zu dem Vergleichsbeispiel.
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Wie
oben erwähnt,
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung das Lösen
des abgefangenen Staubs von der ersten Filterschicht durch Imprägnieren
der ersten Filterschicht mit dem Öl unterdrückt werden. Ferner kann die
zweite Filterschicht, welche die ölabweisenden Eigenschaften
aufweist, verhindern, daß das Öl in der
ersten Filterschicht in die zweite Filterschicht gelangt. Daher
kann die Staubdurchdringmenge, welche einer Menge des Staubs, welcher
einmal abgefangen wird, welche von dem Filterelement gelöst wird,
entspricht, vermindert werden.
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Zusammenfassung:
Filtermaterial eines Luftreinigerelements, welches eine erste Filterschicht welche
einen Vliesstoff umfaßt,
und in Abstromrichtung hinter der ersten Filterschicht eine zweite
Filterschicht welche einen Vliesstoff mit einer feineren Maschenzahl
als der des Vliesstoffs für
die erste Filterschicht umfaßt,
umfaßt,
wobei die erste Filterschicht mit einem Öl imprägniert ist und die zweite Filterschicht
die Eigenschaft aufweist, Öl
abzuweisen. Ein Luftreinigerelement, welches das Filtermaterial
aufweist, ist in der Lage, die Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Verhinderung
eines Durchlassens von Staub (das bedeutet, der Verminderung der
Staubmenge, welche durch einen Filter hindurchtritt, wobei dies
die Menge des Staubs bedeutet, welcher einmal abgefangen wurde und
dann durch einen pulsierenden Luftstrom von dem Filter gelöst wurde)
zu verbessern, während
die Leistungsfähigkeit
eines Vliesstoffs des Dichtegefälletyps
hinsichtlich des Abfangens von Staub und Kohlenstoff aufrechterhalten wird.