DE112015001846B4

DE112015001846B4 - Filterbaugruppe mit Konditioniervorrichtung zum Verbessern der Signalqualität eines Luftmassenstromsensors

Info

Publication number: DE112015001846B4
Application number: DE112015001846.8T
Authority: DE
Inventors: Miao Li; Peter K. Herman; John C. Lukasavitz; Abhijit Shimpi; Gregory W. Hoverson; Thomas J. Braun; Robert A. Bannister
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: DE112015001846T5; US10507417B2; CN110124412A; US11207631B2; US20170036152A1; US20190381442A1; CN106163632A; CN106163632B; WO2015160709A1

Abstract

Filterbaugruppe, die Folgendes umfasst:einen Stützrahmen;ein Filtermedium, das mit dem Stützrahmen gekoppelt ist, wobei das Filtermedium eine schmutzige Seite zum Aufnehmen eines Luftstroms aufweist und eine saubere Seite zum Ausgeben eines Luftstroms aufweist, der durch das Filtermedium gefiltert wurde;eine Konditioniervorrichtung, die mit dem Stützrahmen gekoppelt ist, wobei die Konditioniervorrichtung eine Schaumplatte umfasst und wobei die Konditioniervorrichtung in einer nachgelagerten Richtung von der sauberen Seite des Filtermediums in Bezug auf den Luftstrom positioniert ist, wobei die Konditioniervorrichtung von der sauberen Seite des Filtermediums um einen Trennabstand versetzt ist, so dass ein offener Raum zwischen der Konditioniervorrichtung und dem Filtermedium besteht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Luftfiltersysteme mit Luftstromkonditioniervorrichtungen, die die Qualität des Signals von einem Luftmassenmesser (MAF, englisch: Mass Air Flow Sensor) verbessern.
JP 2010-138755 A stellt eine Ansauglufttemperatur-Einstellvorrichtung für einen Motor bereit, die die Ansauglufttemperatur so steuern kann, dass sie nahe an einen konstanten Wert gebracht wird, indem die Wärmetauscheffizienz zwischen einem Latentwärmespeichermaterial und Luft verbessert wird. Ein Luftfilter 15 hat eine Lufteinlassanschlussseite 17, die mit einem Einlasskanal 18 zum Luftansaugen verbunden ist, und eine Luftzufuhranschlussseite 16, die mit einem Auslassschlauch 14 verbunden ist, der mit einem Luftströmungssensor 19 zum Erfassen der Einlassluftmenge zu einem Motor versehen ist. Ein latentes Wärmespeichermaterial 26 ist zwischen einer stromaufwärts gelegenen Seite von dem Luftströmungssensor 19 in dem Auslassschlauch 14 und einer stromabwärts gelegenen Seite von der Einlassöffnung 17 des Luftfilters 15 beispielsweise in einem Auslasselement 21 auf der Seite der Luftzufuhröffnung 16 des Luftfilters 15 angeordnet. Es ist bevorzugt, dass das latente Wärmespeichermaterial 26 eine Phasenänderungstemperatur von 25 bis 50°C aufweist. DE 10 2014 200 654 A1 stellt ein Netzblatt (7) in einem Gehäuse (1, 2) eines Luftfilters zwischen einem Luftfilterelement (6) und einem auslassseitigen Luftdurchtritt (9) bereit, in dem ein Luftstrommesser (10) bereitgestellt ist. Das Netzblatt (7) weist einen Luftgleichrichtungsabschnitt (31) auf, der nahezu die gesamte Querschnittsfläche eines inneren Raums (3) einnimmt, der in dem Gehäuse (1, 2) ausgebildet ist. Eine Querschnittsfläche des Außenluftdurchtritts (9) ist kleiner als die des inneren Raums (3), so dass eine sich zusammenziehende Strömung ausgebildet wird, wenn die Einlassluft von dem inneren Raum (3) in den auslassseitigen Luftdurchtritt (9) strömt. Das Netzblatt (7) ist an einer stromaufwärts liegenden Seite der sich zusammenziehenden Strömung bereitgestellt und von dem Luftfilterelement (6) getrennt, um die Strömung der Einlassluft gleichzurichten, die durch das Luftfilterelement (6) durchgetreten ist, und in den auslassseitigen Luftdurchtritt (9) strömt. DE 20 2006 004 927 U1 betrifft ein Luftansaugsystem für eine Brennkraftmaschine, wobei das Luftansaugsystem mindestens einen Luftfilter (1) mit einem Filtergehäuse (10) und einem auswechselbaren Filtereinsatz (3), mindestens einen vom Filtergehäuse (10) zur Brennkraftmaschine führenden Luftansaugkanal (2) und mindestens einen im Luftströmungsweg liegenden Luftmassenmesser (5) aufweist, wobei stromauf des Luftmassenmessers (5) ein Luftströmungsgleichrichter (4) zur Erzeugung einer möglichst turbulenzarmen Luftströmung im Bereich des Luftmassenmessers (5) angeordnet ist. Das neue Luftansaugsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass der Luftströmungsgleichrichter (4) als Teil des Filtereinsatzes (3) ausgeführt ist. Außerdem betrifft die Erfindung einen Filtereinsatz (3) für einen Luftfilter (1) des Luftansaugsystems.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen im Allgemeinen eine Mischung aus Kraftstoff (z. B. Benzin, Diesel, Erdgas usw.) und Luft. Vor dem Eintreten in den Motor wird die Luft üblicherweise durch ein Luftfiltersystem geleitet. Ein Luftmassenmesser (MAF) wird dem Luftfilter nachgelagert (d. h. auf der sauberen Seite des Luftfiltermediums) angeordnet und gibt ein Feedback an ein Motorsteuermodul (ECM). Die Qualität des Luftstroms, der aus dem Filterelement austritt, kann jedoch uneinheitlich sein, was zu starken Schwankungen bei dem Signal (/ der Signalantwort) des MAF-Sensors führt. Die Uneinheitlichkeiten im Luftstrom können das Ergebnis von zufälligen strömungsweisen Ausrichtungen der Filtermediumfalten sein, die dazu führen, dass der Luftstrom direkt auf ein MAF-Sensorfenster gerichtet ist, oder die dazu führen, dass der Luftstrom von einem MAF-Sensorfenster weg gerichtet ist. Die Uneinheitlichkeiten im Luftstrom können auch das Ergebnis von Variationen der Wulstpositionen auf den Filtermediumfalten sein. Wülste auf Mediumfalten fungieren als Abstandhalter zwischen den einzelnen Mediumfalten. Wülste blockieren auch den Luftstrom, der zwischen Falten austritt. Das Vorhandensein von Wülsten erzeugt daher eine Situation einer Strömung um einen Prallkörper, wo Strömungsstrukturen, wie Strudel, Wirbel, Blasen usw., verursacht werden können und somit die Signalqualität des MAF-Sensors beeinflussen. Darüber hinaus sind Wülste nicht präzise und repetitiv auf den Medienfalten im Verhältnis zum Filterrahmen positioniert (d. h. einige der Wülste können enger an einer Kante des Rahmens liegen, während einige Wülste weiter von anderen Kanten des Rahmens entfernt sein können). Die Variationen in Wülsten führen somit Schwankung des dem Filtermedium nachgelagerten Strömungsmusters ein, wo der MAF-Sensor positioniert ist. Die Uneinheitlichkeiten bei der Luftströmung können auch aufgrund anderer Faktoren entstehen, wie Variationen der Faltenform oder - beabstandung und unterschiedlichen Faltenzahlen. Die vorliegende Anmeldung befasst sich mit diesen Uneinheitlichkeiten und verbessert daher die Signalqualität der MAF-Sensorausgabe.
KURZFASSUNG
Eine Ausführungsform betrifft eine Filterbaugruppe. Die Filterbaugruppe schließt einen Stützrahmen ein. Die Filterbaugruppe schließt ferner ein Filtermedium ein, das mit dem Stützrahmen verbunden ist, wobei das Filtermedium eine schmutzige, zum Aufnehmen eines Luftstroms konfigurierte Seite und eine saubere, zum Ausgeben eines durch das Filtermedium gefilterten Luftstroms konfigurierte Seite aufweist. Die Filterbaugruppe schließt eine Konditioniervorrichtung ein, die mit dem Stützrahmen verbunden ist, wobei die Konditioniervorrichtung eine Schaumplatte umfasst und wobei die Konditioniervorrichtung in einer nachgelagerten Richtung von der sauberen Seite des Filtermediums in Bezug auf den Luftstrom positioniert ist, wobei die Konditioniervorrichtung von der sauberen Seite des Filtermediums um einen Trennabstand versetzt ist.
Beschrieben wird außerdem ein nicht erfindugsgemäßes Verfahren zum Filtern eines Luftstroms. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Filterbaugruppe. Die Filterbaugruppe schließt einen Stützrahmen, ein mit dem Stützrahmen verbundenes Filtermedium und eine Konditioniervorrichtung ein, die mit dem Stützrahmen verbunden ist und in einer nachgelagerten Richtung von einer sauberen Seite des Filtermediums in Bezug auf den Luftstrom positioniert ist. Die Konditioniervorrichtung ist von der sauberen Seite des Filtermediums um einen Trennabstand versetzt. Das Verfahren schließt ferner das Bereitstellen eines Luftmassenmessers ein, der der Konditioniervorrichtung in Bezug auf den Luftstrom nachgelagert positioniert ist. Das Verfahren schließt das Leiten des Luftstroms durch das Filtermedium und dann Leiten des Luftstroms durch die Konditioniervorrichtung ein. Das Verfahren schließt ferner noch das Leiten von mindestens einem Teil des Luftstroms vorbei am Luftmassenmesser ein.
Diese und andere Eigenschaften, sowie die Organisation und Art ihres Betriebs, sind der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen zu entnehmen.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Filterplattengehäuses gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform.
2 zeigt eine Frontansicht eines Luftkonditioniergitters mit einem variierenden Porenmuster gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform.
3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Filterbaugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform (nicht erfindungsgemäß).
4 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Filterbaugruppe gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung eines Schaummediums und eines gefalteten Mediums der Filterbaugruppe aus 4.
6 bis 7 zeigen verschiedene Testdaten in Verbindung mit Luftstromkonditioniervorrichtungen.
8A bis 8H zeigen Ansichten nicht erfindungsgemäßer fraktaler 2D- und 3D-Anordnungen, die als die zweite Luftstromkonditioniervorrichtung verwendet werden können.
9A und 9B zeigen ein Schema eines Luftfiltersystems, in dem ein sekundärer Filter und eine Strömungskonditioniervorrichtung positioniert sind.
10 bis 13 zeigen perspektivische Nahansichten eines Schaummediums mit 12 Poren pro Zentimeter (30 Poren pro Zoll (PPI)) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
14 bis 17 zeigen perspektivische Nahansichten eines Schaummediums mit 18 Poren pro Zentimeter (45 PPI) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
18 bis 21 zeigen perspektivische Nahansichten eines Schaummediums mit 12 Poren pro Zentimeter (30 PPI) gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
22 bis 25 zeigen perspektivische Nahansichten eines Schaummediums mit 18 Poren pro Zentimeter (45 PPI) gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Allgemein auf die Abbildungen Bezug nehmend beziehen sich die verschiedenen, hier offengelegten Ausführungsformen auf Luftstromkonditioniervorrichtungen, die die Qualität der Signalausgabe des Luftmassenmessers (MAF) in Luftfiltersystemen verbessern. Die Konditioniervorrichtungen verbessern die Genauigkeit und Stetigkeit der MAF-Sensorausgabe durch Reduzieren oder Beseitigen der oben beschriebenen Uneinheitlichkeiten im dem Luftstrom hinter (stromabwärts von) dem Filtermedium. Der MAF-Sensor kann eine Ausgabe an ein Motorsteuermodul (ECM) eines Verbrennungsmotors bereitstellen, der gefilterte Luft vom Luftfiltersystem erhält. Die Konditioniervorrichtung ist eine sekundäre Vorrichtung, die in einem Luftstromkanal des Luftfiltersystems einem Luftfiltermedium nachgelagert und einem MAF-Sensor vorgelagert positioniert ist. Die Konditioniervorrichtung verringert Defekte im Luftstrom, der aus dem Filtermedium austritt. Die Konditioniervorrichtungen können ein Maschensieb, ein Drahtgitter, ein Schaum, eine perforierte Platte oder dergleichen sein. Derartige Konditioniervorrichtungen stellen hinsichtlich normalisierter Variation, die unten durch Gleichung 1 definiert ist, eine verbesserte MAF-Sensorsignalausgabe bereit. $Normaliste Variation = dQ / Q %$
In Gleichung 1 ist Q die Vergleichsströmungsrate, mit der das MAF-integrierte System getestet wird, dQ ist die maximale Abweichung von Strömungsraten, die von MAF-Sensoren einer Gruppe von MAF-integrierten Anwendungen gemeldet werden, von der Vergleichsströmungsrate Q. Bessere MAF-Signalleistung beinhaltet das Entfernen oder die Minderung der Schwankung von Teil zu Teil der Gruppe von MAF-integrierten Anwendungen durch eine Strömungskonditioniervorrichtung, was der Zweck der vorliegenden Offenbarung ist.
Da die Konditioniervorrichtungen physisch einem bestehenden Filterplattenrahmen entweder durch Umspritzung oder andere Mittel der Herstellung hinzugefügt werden sollen und auf einer vorhandenen Struktur basiert sind, sind potentielle Änderungen und Modifikationen an bestehendem Werkzeug und an bestehender Konstruktion, und daher auch die damit verbundenen Kosten, minimal.
Wenn ein Luftstrom durch ein Filtermedium strömt, wird der Luftstrom gestört. Das Maß an Strömungsstörung hängt in großem Maße von der Geometrie der Filtermediumfalten ab. Die Störung überträgt jegliche Variation der Geometrie des Filtermediums von Teil zu Teil an jegliche dem Filtermedium nachgelagerte MAF-Sensoren, was zu uneinheitlichen und/oder nicht korrekten Ausgaben von den MAF-Sensoren an ein ECM oder andere Geräte führt. Hinzufügen einer Strömungskonditioniervorrichtung mit einem geeigneten K-Faktor an einer dem Filtermedium nachgelagerten Position hilft, den Luftstrom zu konditionieren, um genauere und einheitlichere MAF-Sensor-Signalausgaben bereitzustellen. Der K-Faktor einer Strömungskonditioniervorrichtung ist durch die unten stehende Gleichung 2 definiert. $K = \frac{Δ p}{\frac{1}{2} ρ v^{2}}$
In Gleichung 2 ist Δp der Druckabfall, der durch die Strömungskonditioniervorrichtung verursacht wird, ρ ist die Dichte der Luft, und v ist die Einströmgeschwindigkeit des Luftstroms, der durch das Medium strömt. Wenn der K-Faktor Null ist, gibt es keinen Druckabfall an der Strömungskonditioniervorrichtung, ein derartiges Szenario entspricht einer Anordnung, bei der keine Strömungskonditionierung verwendet wird. Der K-Mindestfaktor der Konditioniervorrichtungen ist vorzugsweise etwa 8. In einigen Anordnungen ist der K-Mindestfaktor etwa 1-10. Der maximale nützliche K-Faktor wird auf etwa 100 geschätzt (darüber hinaus wird der gesamte zulässige Δp der ganzen Filtergehäusebaugruppe von der Strömungskonditioniervorrichtung allein verbraucht). Der K-Faktor kann durch die Dicke der Konditioniervorrichtung (z. B. die Dicke einer Schaumschicht), die Porosität (Verhältnis des Luftvolumens/Feststoffvolumens innerhalb der Struktur der Vorrichtung) der Konditioniervorrichtung, die Porengröße der Konditioniervorrichtung, wenn die Konditioniervorrichtung aus schaumartigen Materialien besteht, den relativen Öffnungsbereich des Materials, wenn das Material beispielsweise eine perforierte Platte ist, usw. beeinflusst werden. Durch eine Konditioniervorrichtung mit dem entsprechenden K-Faktor werden unerwartete Störungen gemindert, die durch die Uneinheitlichkeiten des Filtermediums verursacht werden (z. B. verursacht durch Ausrichtungseffekte, Verformung durch Tränken mit Wasser usw.).
Der Trennabstand zwischen der Strömungskonditioniervorrichtung und dem Filtermedium ist ein weiterer kritischer Parameter, da die meisten Filtermedien aus Medienfalten hergestellt sind, was Uneinheitlichkeiten im Luftstrom verursacht. Ein angemessener Trennabstand ermöglicht, dass die Uneinheitlichkeiten im Luftstrom in gewissem Maße diffundiert werden, bevor der Luftstrom in die Strömungskonditioniervorrichtungen eintritt. Der Bereich eines solchen Trennabstands beträgt etwa das 0,1-Fache einer Faltenspitzenlücke bis das 100-Fache einer Faltenspitzenlücke.
Sekundäre Maschengitteranordnungen
Bezugnehmend auf 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Filterplattengehäuses 100 gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Filterplattengehäuse schließt einen Rahmen 102 und ein Gitter 104 ein. Der Rahmen 102 kann ein standardmäßiges 18-Zentimeter-mal-18-Zentimeter-Gehäuse (sieben Zoll mal sieben Zoll) sein. Das Gehäuse 100 kann in ein Filtersystem eingesetzt sein (z. B. wie in 9 gezeigt). Das Luftfiltersystem stellt einer Vorrichtung, wie einem Verbrennungsmotor, gefilterte Luft bereit. Der Rahmen 102 schließt eine Kammer 106 ein, die konfiguriert ist, um ein Filtermedium (nicht gezeigt) zu sichern. Das Gitter 104 ist in einer nachgelagerten Richtung von der Kammer positioniert. Das Filtermedium kann ein schaumbasiertes Filtermedium oder ein gefaltetes Filtermedium sein. Das Luftfiltersystem, in dem das Gehäuse 100 installiert ist, kann einen dem Gehäuse 100 nachgelagerten MAF-Sensor einschließen. Das Gitter 104 ist zwischen dem Filtermedium und dem MAF-Sensor positioniert. Das Gitter 104 ist an der unteren Ebene des Gehäuses 102 befestigt. Das Gitter 104 kann ein Kunststoff- oder Metallgitter sein. Das Gitter 104 kann eben (d. h. flach) oder leicht gebogen (z. B. konkav oder konvex in Bezug auf die Luftströmungsrichtung 108) sein. Ein leicht gebogenes Gitter 104 erhöht den Bereich, durch den ein Luftstrom strömt, wodurch die Einströmgeschwindigkeit und der Druckabfall am Gitter 104 reduziert werden. Das Gitter 104 fungiert als Luftstromkonditioniervorrichtung. Zu filternde Luft strömt in einer Luftströmungsrichtung 108 durch das Luftfiltermedium. Nachdem die Luft durch das Luftfiltermedium (und die Kammer 106) geströmt ist, strömt die Luft durch das Gitter 104.
Das Gitter 104 ist an einer der Kammer 106 nachgelagerten Position in den Rahmen 102 geformt (z. B. umspritzt). Das Gitter 104 ist von der sauberen Seite des Filtermediums um einen Abstand 110 versetzt. Ein Stützrahmen 112 des Gehäuses 102 kann das Gitter 104 stützen und das Gitter in dem Abstand 110 vom Filtermedium halten.
Der Abstand 110 ist größer als Null. Der Abstand 110 ist in der Größe von oder größer als ein Abstand zwischen Falten des Filtermediums. Der Abstand 110 kann vom 0,1-Fachen des Faltenspitzenabstands bis zum 100-Fachen des Faltenspitzenabstands betragen, wie in 7 veranschaulicht. Der Abstand 110 hängt von der spezifischen Anwendung (z. B. Abmessung, Geometrie usw.) und der Strömungsrate ab. In einigen Anordnungen beträgt der Abstand 110 etwa 0-10 mm. In spezifischeren Anordnungen beträgt der Abstand 110 etwa 6-8 mm. Bei einigen anderen Anordnungen kann der Abstand 110 von einem Bruchteil eines Abstands zwischen Falten des Filtermediums bis zum 10- oder sogar 100-Fachen des Abstands zwischen Falten variieren. In derartigen Anordnungen des angemessenen K-Faktors und Trennabstands liegt die normalisierte Varianz (d. h. dQ/Q%) innerhalb des Bereichs von ±1,5 %. Dies repräsentiert eine Verbesserung gegenüber Anordnungen ohne Gitter 104 und/oder Anordnungen mit einem Trennabstand 110 von Null, in denen die Varianz bei der MAF-Sensorausgabe wesentlich höher ist. Entsprechend verbessert das Gitter 104 die Signalqualität der MAF-Sensorausgabe (z. B. die Ausgabesignalqualität an ein ECM).
Verschiedene Faktoren beeinflussen den K-Faktor des Gitters 104. Der K-Faktor hängt vom Gittermuster, der Größe/Form der Öffnungen, dem Strangdurchmesser usw. ab. Wenn 104 eine perforierte Platte ist, hängt der K-Faktor wieder von der Größe/Form der Öffnungen, der Dicke und dem Muster der Öffnungen usw. ab. Das Porenmuster des Gitters 104 kann einheitlich oder uneinheitlich sein. Spezifische Einflüsse von verschiedenen Kombinationen aus Porengröße und Strangdurchmesser können durch eine numerische Strömungssimulation (CFD) getestet werden. Die CFD-Simulation kann Stromlinien ergeben, die sich um einen MAF-Sensor wickeln. Das Zurückverfolgen dieser Stromlinien kann anzeigen, von welchem Teil der Konditioniervorrichtung diese um den MAF herumwickelnden Stromlinien stammen, wodurch bestimmt wird, welches Teil/welche Teile auf der Filterplatte für die MAF-Leistung maßgeblich ist/sind.
Bezugnehmend auf 2 ist eine Frontansicht eines beispielhaften Gitters 200 gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Das Gitter 200 kann in einem Luftfiltersystem wie vorstehend in Bezug auf Gitter 104 beschrieben verwendet werden. Das Gitter 200 weist ein variierendes Porenmuster und eine variierende Porengröße auf. Wie in 2 gezeigt, schließt das Gitter 200 einen ersten Abschnitt 202 mit einem großen Porenmuster, einen zweiten Abschnitt 204 mit einem mittleren Porenmuster und einen dritten Abschnitt 206 mit einem kleinen Porenmuster ein. Der erste Abschnitt 202 mit dem großen Porenmuster hat den kleinsten K-Faktor der drei Abschnitte, weil der Luftstrom durch den ersten Abschnitt 202 mit dem geringsten Widerstand strömt. Der dritte Abschnitt 206 mit dem kleinen Porenmuster hat den höchsten K-Faktor der drei Abschnitte, weil der Luftstrom durch den dritten Abschnitt 206 mit dem größten Widerstand strömt. Der dritte Abschnitt 206 kann mit einem MAF-Sensor ausgerichtet sein, der dem Gitter 200 nachgelagert positioniert ist. Entsprechend ist der Luftstrom, der die Signalqualität des MAF-Sensors am maßgeblichsten beeinflusst (d. h. die Luft, die durch den dritten Abschnitt 206 strömt), am meisten konditioniert, während der Luftstrom, der die Signalqualität des MAF-Sensors nicht beeinflusst (d. h. die Luft, die durch den ersten Abschnitt 202 strömt), am wenigsten konditioniert ist. Entsprechend ist der allgemeine K-Faktor des Gitters 200 geringer, als wenn das Porenmuster des dritten Abschnitts 206 im gesamten Bereich des Gitters 200 verwendet würde, was die Einschränkung einer derartigen Strömungskonditioniervorrichtung beträchtlich reduziert.
Sekundäre Schaummedienanordnungen
Bezugnehmend auf 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Filterbaugruppe 300 gemäß einer beispielhaften nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt. Die Filterbaugruppe 300 schließt einen Filterrahmen 302 und ein Schaummedium 304 ein. Das Schaummedium 304 ist sowohl als Filter als auch als Strömungskonditionierer an den Filterrahmen 302 geklebt. Die Filterbaugruppe 300 ist einem MAF-Sensor vorgelagert platziert. Das Schaummedium 304 wird verwendet, um sowohl den Luftstrom 306 zu filtern als auch den Luftstrom 306 zu konditionieren. Schaum wird als Schaummedium 304 verwendet, weil Schaummedium im Allgemeinen eine geringere Variation von Teil zu Teil aufweist, die eine Abweichung des MAF-Sensorausgabesignals beträchtlich reduziert, weil Schaum nur kleine Wirbel/Strukturen im Luftstrom passieren lässt. Diese kleinen Wirbel/ Strukturen sind viskos-dominant und fungieren als „Dämpfer“, um jegliche größeren, turbulenten Strukturen aufzulösen, die eine höhere Menge kinetischer Turbulenzenergie des Luftstroms einführen und höhere Variation der MAF-Sensorsignalausgabe verursachen. Schaummedium ist jedoch im Allgemeinen weniger effizient beim Erfassen kleinerer Partikel als gefaltete Papierfiltermedien. Entsprechend kann das Schaummedium oft geölt sein, was zu Ölverteilungsproblemen im Medium führen kann, was große Variationen des dem Schaummedium nachgelagerten Strommusters verursacht, wodurch die MAF-Sensorausgabe beeinflusst wird und die Konditioniervorteile des Schaummediums 304 beseitigt werden.
Bezugnehmend auf 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Filterbaugruppe 400 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Die Filterbaugruppe 400 ist einem MAF-Sensor vorgelagert platziert. Die Filterbaugruppe schließt einen Rahmen 402 , ein Schaummedium 404 und ein gefaltetes Medium 406 ein. Die Filterbaugruppe 400 befasst sich mit den oben angegebenen Nachteilen der Filterbaugruppe 300 durch Hinzufügen eines Blocks des gefalteten Mediums 406 , das dem Schaummedium 404 vorgelagert positioniert ist, um den Luftstrom 408 zu filtern, bevor der Luftstrom in das Schaummedium 404 eintritt. Entsprechend ist das Schaummedium 404 insofern ein sekundäres Medium, als sein primärer Zweck das Konditionieren des Luftstroms 408 (d. h. Entfernen der Uneinheitlichkeiten im Luftstrom 408) ist, nicht das Filtern des Luftstroms 408 (d. h. nicht das Entfernen von Partikeln und/oder Staub im Luftstrom 408). Da das Schaummedium 404 nicht zum Filtern des Luftstroms 408 verwendet wird (d. h. der Luftstrom 408 ist bereits durch das vorgelagerte gefaltete Medium 406 gefiltert), muss das Schaummedium 404 nicht geölt werden (d. h. ein trockener Schaum wird verwendet), so dass das Schaummedium 404 zu Konditionierzwecken verwendet wird. Das Schaummedium 404 reduziert die Defekte des Luftstroms 408 , die durch das gefaltete Filtermedium 406 verursacht werden. Das Schaummedium 404 kann mit Klebstoff oder einer anderen geeigneten Verbindung (z. B. Umspritzen des Rahmens 402 an das Schaummedium 404) am Rahmen 402 gesichert sein. Das gefaltete Filtermedium 406 kann mit Klebstoff oder einer anderen geeigneten Verbindung am Rahmen gesichert sein.
Bezugnehmend auf 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung des Schaummediums 404 und des gefalteten Filtermediums 406 der Filterbaugruppe 400 gezeigt. Das gefaltete Filtermedium 406 ist in einer vorgelagerten Richtung des Schaummediums 404 in Bezug auf den Luftstrom 408 platziert. Das gefaltete Filtermedium 406 weist eine erste Dicke 502 auf. Die saubere Seite des gefalteten Filtermediums 406 ist von der ersten Vorderseite des Schaummediums 404 um einen Trennabstand 504 versetzt. Das Schaummedium 404 weist eine zweite Dicke 506 auf. Die Eigenschaften des Schaummediums 404 können angepasst werden, um spezifische K-Faktoren für das Schaummedium 404 zu erreichen. Der K-Faktor des Schaummediums 404 hängt in großem Maße vom Material (z. B. Aluminium, Polyurethan usw.), der Porosität, der Porengröße (z. B. PPI usw.), der Dicke, Herstellungsverfahren (z. B. flammvernetzt usw.) und dergleichen ab. In einigen Anordnungen beträgt der K-Faktor für das Schaummedium 404 etwa 8-10. Zudem kann der K-Faktor durch Anpassen der verschiedenen Dicken und Positionieren des Schaummediums 402 und des gefalteten Filtermediums 406 geändert werden (z. B. die erste Dicke 502 , der Trennabstand 504 und die zweite Dicke 506 , wie in 5 angegeben). In einigen Anordnungen ist eine Stützstruktur (z. B. ein Rahmen oder ein Abstandshalter) zwischen dem Schaummedium 404 und dem gefalteten Medium 406 positioniert, um einen Trennabstand 504 größer als Null beizubehalten.
Bezugnehmend auf 10 bis 13 werden perspektivische Nahansichten eines Schaummediums mit 12 Poren pro Zentimeter (30 Poren pro Zoll (PPI)) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Bezugnehmend auf 14 bis 17 werden perspektivische Nahansichten eines Schaummediums mit 18 Poren pro Zentimeter (45 PPI) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Bezugnehmend auf 18 bis 21 werden perspektivische Nahansichten eines Schaummediums mit 12 Poren pro Zentimeter (30 PPI) gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Bezugnehmend auf 22 bis 25 werden perspektivische Nahansichten eines Schaummediums mit 18 Poren pro Zentimeter (45 PPI) gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform gezeigt.
Testdaten
Bezugnehmend auf 6 bis 7 werden verschiedene Testdaten in Verbindung mit beispielhaften Luftstromkonditioniervorrichtungen gezeigt.
Sonstiges
In anderen nicht erfindungsgemäßen Anordnungen kann die sekundäre Luftstromkonditioniervorrichtung eine Wabenstruktur oder eine kunststoffgespritzte 2D- oder 3D-Struktur, wie ein Wald, oder eine Art fraktaler 2D-/3D-Struktur sein. 8A bis 8F zeigen beispielsweise Ansichten beispielhafter fraktaler 2D- und 3D-Anordnungen, die als die zweite Luftstromkonditioniervorrichtung verwendet werden können. 8A zeigt eine Frontansicht einer kreisförmigen, fraktalen Perforationsanordnung. 8B und 8C zeigen eine dreieckige, sternförmige, fraktale Perforationsanordnung. 8D und 8E zeigen eine quadratische, fraktale 3D-Perforationsanordnung einer höheren Ordnung, die zwei voneinander beabstandete, perforierte Konditionierer beinhaltet. 8F und 8G zeigen eine verwurzelte, quadratische, fraktale 3D-Perforationsanordnung, die auf rotierten Quadraten basiert, die auf zwei voneinander beabstandeten, perforierten Konditionierern positioniert sind. 8H zeigt eine beispielhafte fraktale 3D-Anordnung mit zwei Platten mit runden Perforationen. Die runden Perforationen von 8H sind derart voneinander versetzt, dass die Öffnungen einer gegebenen Platte von der vorherigen Platte in Luftstromrichtung versetzt sind. In noch weiteren Anordnungen kann die sekundäre Luftstromkonditioniervorrichtung eine perforierte Platte sein. In diesen oben aufgeführten Anordnungen hängt der K-Faktor in erster Linie von dem % des offenen Bereichs ab (d. h. gesamter „Öffnungsbereich“ geteilt durch den gesamten „Plattenbereich“), zusätzlich zu Größe und Form der Öffnungen, der Anordnung der Öffnungen und der Dicke der Konditioniervorrichtungen (z. B. die Wabenstruktur, die waldartige Struktur, die fraktale Struktur, die Platte usw.). Zudem kann in jeder der obigen Anordnungen jede Platte in Reihe miteinander derart angeordnet sein, dass, wenn gefilterte Luft durch die Platten strömt, die Perforationen auf jeder nachfolgenden Platte kleiner als die vorherige Platte sind.
Bezugnehmend auf 9A und 9B sind perspektivische Teilausschnittsansichten einer Filterbaugruppe 900 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Die Filterbaugruppe schließt eine sekundäre Konditioniervorrichtung 902 ein, die in einer Luftstromrichtung 908 einem Filtermedium 904 nachgelagert und einem MAF-Sensor 906 vorgelagert positioniert ist. Die sekundäre Konditioniervorrichtung 902 kann eine der oben beschriebenen Luftstromkonditioniervorrichtungen einschließen.
Wie hier verwendet, sollen die Begriffe „ungefähr“, „etwa“, „im Wesentlichen“ und ähnliche Begriffe eine breit gefächerte Bedeutung aufweisen, die in Übereinstimmung mit der herkömmlichen und üblichen Verwendung durch Fachleute im Fachgebiet dieser Offenbarung stehen. Es ist für Fachleute, die diese Offenbarung lesen, offensichtlich, dass diese Begriffe eine Beschreibung bestimmter beschriebener und beanspruchter Merkmale zulassen sollen, ohne den Umfang dieser Merkmale auf die bereitgestellten, genauen numerischen Bereiche einzuschränken. Demgemäß sollen diese Begriffe so ausgelegt werden, dass sie angeben, dass unwesentliche oder unbedeutende Modifikationen oder Abänderungen an dem beschriebenen und beanspruchten Gegenstand als innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt, liegend betrachtet werden.
Es gilt zu beachten, dass der Begriff „beispielhaft“, wie hier zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet, anzeigen soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein solcher Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass solche Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele sind).
Die Begriffe „gekoppelt“, „verbunden“ und dergleichen bedeuten im hierin verwendeten Sinne das direkte oder indirekte Verbinden zweier Elemente miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Dieses Verbinden kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente untereinander integral als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente untereinander befestigt sind.
Bezugnahmen hierin auf die Positionen der Elemente (z. B. „Ober-“, „Unter-“, „oben“, „unten“ usw.) werden lediglich zum Beschreiben der Ausrichtung der unterschiedlichen Elemente in den Figuren verwendet. Es gilt zu beachten, dass die Ausrichtung unterschiedlicher Elemente je nach anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich ausfallen kann, und dass solche Variationen durch die vorliegende Offenbarung abgedeckt sein sollen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt die Fachwelt bei Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Orientierungen usw.), ohne materiell von den neuen Lehren und Vorteilen des hierin beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig geformt dargestellt werden, aus mehreren Teilen oder Elementen konstruiert werden, die Position der Elemente kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, und die Art oder Anzahl separater Elemente bzw. Positionen kann geändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Abfolge von Verfahrens- oder Prozessschritten kann gemäß alternativen Ausführungsformen variiert oder neu geordnet werden. Weitere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls in der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Filterbaugruppe, die Folgendes umfasst: einen Stützrahmen; ein Filtermedium, das mit dem Stützrahmen gekoppelt ist, wobei das Filtermedium eine schmutzige Seite zum Aufnehmen eines Luftstroms aufweist und eine saubere Seite zum Ausgeben eines Luftstroms aufweist, der durch das Filtermedium gefiltert wurde; eine Konditioniervorrichtung, die mit dem Stützrahmen gekoppelt ist, wobei die Konditioniervorrichtung eine Schaumplatte umfasst und wobei die Konditioniervorrichtung in einer nachgelagerten Richtung von der sauberen Seite des Filtermediums in Bezug auf den Luftstrom positioniert ist, wobei die Konditioniervorrichtung von der sauberen Seite des Filtermediums um einen Trennabstand versetzt ist, so dass ein offener Raum zwischen der Konditioniervorrichtung und dem Filtermedium besteht.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Schaumplatte an den Stützrahmen geklebt ist.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Schaumplatte konfiguriert ist, um sowohl den Luftstrom zu filtern als auch den Luftstrom zu konditionieren.
Filterbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Schaumplatte aus einem Schaummedium mit 12 Poren pro Zentimeter (30 Poren pro Zoll) oder einem Schaummedium mit 18 Poren pro Zentimeter (45 Poren pro Zoll) besteht.