DE60006421T2

DE60006421T2 - Vorrichtung zum filtrieren von luft für verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE60006421T2
Application number: DE60006421T
Authority: DE
Inventors: Gaetano Bergami
Original assignee: BMC SRL
Current assignee: BMC SRL
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: ITBO990685A0; EP1244509A1; DK1244509T3; ITBO990685A1; ATE253396T1; IT1311430B1; DE60006421D1; WO2001043852A1; ES2209926T3; EP1244509B1; PT1244509E; AU6176000A; US6638330B1

Description

TECHNISCHER ANWENDUNGSBEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Filtrieren der Luft, die für das dem Verbrennungsmotor zugeführte Gemisch Luft/Treibstoff verwendet wird.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Filtrieren der Luft, die von den Verbrennungssaug – und Kompressormotoren angesaugt wird.
VORHERGEHENDE ERFINDUNGEN
Im Kraftfahrzeugsektor weiß man, dass das Filtrieren der Luft besonders wichtig ist, um ein Gemisch zwischen Benzin und Luft und somit das daraus entstehende, für die Verbrennung verwendete Treibstoffgemisch zu erhalten.
Die angesaugte Luft muss filtriert werden, um Unreinheiten, welche die Innenkomponenten des Motors verstopfen bzw. beschädigen können, zu beseitigen.
Die Luftfilter sind normalerweise flach, zylindrisch bzw. kegelförmig und sind in einem entsprechenden Gehäuse untergebracht, das für den Durchfluss durch eine entsprechende Öffnung mit den Ansaugöffnungen in Verbindung steht und dem Ausgangsfluss der filtrierten Luft gestattet, durch eine weitere Öffnung zu laufen.
Im Dokument GB 467.194 ist eine Filtriervorrichtung mit einem röhrenförmigen Gehäuse für einen Filter, der an eine das röhrenförmige Gehäuse stützende Halterung mit einer Eingangsöffnung befestigt ist, beschrieben. Der Luftfluss fließt in dieser Vorrichtung ungleichmäßig durch den Filter hindurch.
Im Dokument US 5.888.260 ist eine Filtriervorrichtung mit einem kegelförmigen Filter mit einem kugelförmigen Innendeflektor, der eine Ablenkung der Luft bei niedriger Leistung versichert, beschrieben. Der Filter ist in einem röhrenförmigen, eingehäusigen Element untergebracht, wobei der Filter nicht vom Ausgang getrennt werden kann.
Die bekannten Filter, die in Sportmotoren verwendet werden, die sogenannten „Sprint-Filter", sind mit Filtereinsätzen aus Polyester ausgestattet, deren Enden mit schweren, sehr teueren Kappen und/oder Flanschen aus Polyurethan versehen sind, die allerdings aufgrund des eingesetzten Materials nicht in der Lage sind, Temperaturen von über 90°C auszuhalten. Diese Filter sind normalerweise kegelstumpfförmig und sind in Metallbehältern untergebracht, die aus kegelförmigen bzw. kegelstumpfförmigen Segmenten bestehen: der Nachteil dieser Behälter ist, dass sie keine Wärmeisolierung der Luft aufweisen, da sie der Luft eine übermäßige Wärme übertragen.
Die bekannten Filter mit Filtereinsätzen aus Papier versichern eine gute Filtrierung, da sie Teilchen über 10 Mikron zurückhalten; unvorteilhaft ist aber, dass sie einen übermäßigen Widerstand dem Luftfluss gegenüber aufweisen.
Die Filtereinsätze aus Polyurethan zeichnen sich durch eine geringe Filterfähigkeit mit einem darausfolgenden akzeptierbaren Strömungswiderstand aus; allerdings weisen sie bei hoher Feuchtigkeit einen Nachteil auf, der mit sogenannten "Schwammeffekt" zu tun hat. Dies betrifft die Gebiete mit Kontinentalklima und löst bei den Sportmotoren, die diesen Filtertyp verwenden, technische Probleme aus.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Sprint- Filter" liegt sowohl im kleinen Volumen des äußeren Filtergehäuses, was hauptsächlich auf seine Kegelform zurückzuführen ist, als auch auf die unausreichende Filteroberfläche, die auf die Kegelform des Filters mit großen Neigungswinkeln zurückzuführen ist.
Ein anderer Nachteil der bekannten Filter besteht in der Erhöhung der Geschwindigkeit der Luft, die durch den kegelförmigen Behälter mit veränderlicher Geometrie strömt, und somit in der Reduzierung der Filterfähigkeit.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist die Verwirklichung einer Vorrichtung zum Filtern der von den Verbrennungsmotoren angesaugten Luft, die bei Temperaturen von bis zu ca. 250°C funktioniert, und gleichzeitig die Wärmeisolierung des durchfließenden, filtrierten Luftstromes. Dieses Ziel wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht.
Ein weiteres Ziel ist die Verwirklichung einer Vorrichtung, die bei einer hohen Luftfeuchtigkeit keinen "Schwammeffekt" aufweist und dennoch einen geringen Strömungswiderstand, einen hohen Filterwert und niedrige Produktionskosten hat.
Ein weiteres Ziel ist die Lieferung einer Vorrichtung, die auf einer zurückgelegten Strecke von ca. 300.000 km eine höhere Lebensdauer garantieren kann, eine möglichst geringe Wartung erfordert und leicht entsorgt werden kann, da sie im wesentlichen aus natürlichem Material besteht.
Ein weiteres Ziel ist die Verwirklichung einer Vorrichtung mit kleinen Außenabmessungen trotz möglichst großen Innenvolumen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Eigenschaften der Erfindung werden nachstehend eingehend beschrieben, wobei insbesondere auf folgende als Anlage beigefügte Zeichnungen Bezug genommen wird:
1 zeigt einen Längsschnitt der Vorrichtung, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist;
2 zeigt einen Teilschnitt des Außengehäuses der in 1 dargestellten Vorrichtung.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Bezugnehmend auf die 1 und 2 ist die Nummer 1 eine Vorrichtung zum Filtern der Luft, die von den Verbrennungsmotoren angesaugt wird und die im wesentlichen aus einem röhrenförmigen Gehäuse 2, einem Filtereinsatz 3, Halterungen 4 und Kanalisierungsmitteln 8 besteht.
Das röhrenförmige Gehäuse 2 ist zylindrisch und mit einer unteren Öffnung 9 und einer oberen Öffnung 10 ausgestattet. Das Gehäuse sollte am besten aus Kohlenstofffasern bestehen, um eine Wärmeisolierung zwischen dem externen Ambiente und dem durch das Gehäuse fließenden Luftstrom zu versichern.
Das röhrenförmige Gehäuse 2 ist mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung 14 (z. B. einer Schraube) bzw. einer flexiblen Rohrschelle 16 an die Halterungen 4 befestigt.
Die Halterungen 4 bestehen im wesentlichen aus einer Scheibe, die in der Mitte eine Eingangsöffnung 5 aufweist, die normalerweise an die Ansaugöffnungen des Fahrzeugs angeschlossen ist. Am Innenrand der Öffnung 5 ist eine Innennut 12 angebracht, in die ein Ende des Filtereinsatzes bzw. des Filters 3 eingefügt wird. In der bevorzugten Anwendung sind der Filter 3 und die Halterungen 4 so befestigt, dass ein einziger Körper entsteht (beispielsweise mittels Kleber bzw. Kunststofffusion).
Die Halterungen 4 weisen dem Umfang entlang einen Sitz auf, um die Innenwand des röhrenförmigen Gehäuses 2 auf der Höhe der unteren Öffnung 9 unterzubringen. Die Halterungen bestehen aus glasfaserverstärktem Nylon.
Die Kanalisierungsmittel 8 sind an einer oberen Öffnung 10 des röhrenförmigen Gehäuses 2 befestigt und sehen in der Mitte eine Öffnung für den Ausgangsstrom 7 vor. Diese Mittel 8 weisen innen eine Oberfläche mit gebogenem Anschluss 11 zwischen der Innenfläche des röhrenförmigen Gehäuses und der Öffnung für den Ausgangsstrom 7 auf. Die Kanalisierungsmittel 8 sind dem Umfang entlang mit einer Aushöhlung 14 versehen, um die Innenwand des röhrenförmigen Gehäuses 2 auf der Höhe der oberen Öffnung 10 unterzubringen. Die Kanalisierungsmittel 8 sind mit Hilfe einer Befestigungsvorrichtung 15 (z. B. einer Schraube) und/oder einer flexiblen Rohrschelle 16 fest an das röhrenförmige Gehäuse 2 angebracht.
Der Filtereinsatz 3 zeichnet sich durch eine zylindrische Form aus und besteht aus Baumwolle, die mit Öl mit niedriger Viskosität imprägniert wurde. Der Filtereinsatz 3 besteht innen aus Luftdeflektoren 6, die so an das freie Ende des Filtereinsatzes 3 befestigt wurden, dass der Luftstrom (Pfeile F in 1), der durch die Öffnung 5 hineinfließt, von den Luftdeflektoren 6 zum Filtereinsatz 3 umgeleitet wird. Der umgeleitete Luftstrom fließt durch den Filtereinsatz 3 hindurch, durchquert die von diesem gebildete Aushöhlung und das Außengehäuse 2 und tritt aus der Öffnung für den Ausgangsstrom 7 aus, um in die zum Motor führenden Luftleitungen hineinzuströmen.
Die Luftdeflektoren 6 weisen eine Kegelform auf, deren Spitze auf die Eingangsöffnung 5 zeigt; die Basis besteht aus einem einzigen Körper mit dem freien Rand des Filtereinsatzes 2.
Die Kegelform der Luftdeflektoren 6 kann einen Abschnitt aufweisen, der von zwei Halbparabeln mit paralleler Achse begrenzt wird, und mit Zweigen ausgestattet sein, die auf der Höhe der Luftdeflektorenspitze vereint sind, um ein Profil mit konkavem Schnitt 6a bzw. konvexem Schnitt 6b zu erhalten; diese entstehen, indem man die Halbparabeln mit der den Zweigen entgegengesetzten Achse bzw. umgekehrt zusammenfügt.
Die Funktionsweise des Vorrichtung 1 ist einfach, da die Einmündung 17 der Eingangsöffnung 5 der Halterungen 4 mit den Ansaugöffnungen des Fahrzeugs, in das die Vorrichtung eingebaut wurde, verbunden ist, wobei die Einmündung nicht selber als Ansaugöffnung dienen darf. Entsprechend ist die Einmündung 18 der Kanalisierungsmittel 8 mit den Leitungen der Anbsaugöffnungen des Motors verbunden.
Die Anfertigung der röhrenförmigen Komponente 2 aus Kohlenstoff versichert, dass der röhrenförmige Filtereinsatz 24- Stunden- Dauerzyklen bei Temperaturen von bis zu ca. 250°C aushält und dabei der enthaltenen Luft gestattet, bei niedrigen Temperaturen in den Motor hineinzuströmen.
Die Vorrichtung 1 verwendet einen konstanten Eingangsabschnitt und erhöht die Geschwindigkeit der Luft abwärts des Filtereinsatzes 3, wobei die Geschwindigkeit der Luft innerhalb der Saugleitungen erhöht wird, ohne der Vorrichtung Schwierigkeiten zu bereiten.
Ein offensichtlicher Vorteil liegt im röhrenförmigen Gehäuse aus Kohlenstofffasern 2, mit dem man im Gegensatz zu den Metallgehäusen eine höhere Wärmeisolierung zwischen der hindurchströmenden Luft und das äußere Ambiente erreicht. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Vorrichtung, die in den Motorraum eingebaut wurde, kann man die Lufttemperatur um ca. 20°C reduzieren.
Es wird darauf hingewiesen, dass die zylindrische Form des röhrenförmigen Gehäuses 2 der Vorrichtung 1 gestattet, ein Volumen zu haben, dass um ca. 12% größer als das Volumen einer gleichwertigen kegelförmigen Luftfiltervorrichtung ist, und das auch bei kleineren Abmessungen. Außerdem garantieren die kleinen Abmessungen und das gleiche Innenvolumen eine einfache Anwendung auf jeden Fahrzeugtyp.
Eine Variante der Vorrichtung 1 besteht aus einer röhrenförmigen Komponente 2, die mit mindestens einer flexiblen Kabelschelle 16 an die Halterungen 4 und/oder die Kanalisierungsmittel 8 befestigt wird.
Die besondere Geometrie der Vorrichtung und die besonderen Formen der verschiedenen Komponenten gestatten die Anfertigung eines Filters für Fahrzeuge und Sportmotoren, der mindestens 300.000 km leistungsfähig ist.
Der wichtigste Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie eine bei einer Temperatur von bis zu 250°C funktionierende Filtervorrichtung für die angesaugte Luft von Verbrennungsmotoren darstellt und gleichzeitig den durchfließenden und filtrierten Luftstrom thermisch isolieren kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Vorrichtung bei einer hohen Luftfeuchtigkeit keinen "Schwammeffekt" aufweist", sich durch niedrige Strömungswiderstände, einen hohen Filterwert und niedrige Produktionskosten auszeichnet.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Vorrichtung mindestens 300.000 km aushält, wartungsarm und leicht zu beseitigen ist, da sie im wesentlichen aus natürlichem Material besteht.
Ein Vorteil ist außerdem, dass die Vorrichtung kleine Außenabmessungen aufweist, obwohl das Innenvolumen so groß wie möglich ist.

Claims

Vorrichtung zum Filtrieren der Luft, die von den Verbrennungsmotoren angesaugt wird, bestehend aus einem röhrenförmigen Gehäuse (2) für mindestens einen Filtereinsatz (3), der mittels Halterungen (4) mit Eingangsöffnungen (5), die zum Stützen des Gehäuses (2) auf Höhe der unteren Öffnung (9) geeignet sind, an ein Ende befestigt ist; der Filtereinsatz (3) ist in der Nähe der Ränder der o. g. Öffnung (5) so an den Halterungen (4) befestigt, dass ein einziger Körper mit diesen gebildet wird und ist innen mit Luftdeflektoren (6) ausgestattet, die am freien Ende des Filtereinsatzes (3) befestigt sind; die Vorrichtung (1) umfasst Kanalisierungsmittel (8), die in der Mitte mit einer Öffnung für den Ausgangsstrom (7) ausgestattet sind und fest an eine obere Öffnung (10) des o. g. röhrenförmigen Gehäuses (2) befestigt sind; die o. g. Vorrichtung (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Gehäuse (2) aus Kohlenstofffasern besteht und als Wärmeisolierung zwischen der äußeren Umgebung und den durchfließenden Luftstrom dient; der aus der o. g. Öffnung (5) stammende Luftstrom (5) wird von den o. g. Luftdeflektoren (6) durch den o. g. Filtereinsatz (3) umgeleitet und strömt aus der o. g. Vorrichtung (1) durch die Öffnung für den Ausgangsstrom (7) hindurch, indem er zwischen dem Raum zwischen dem o. g. Filtereinsatz (3) und dem externen Gehäuse (2) fließt; die o. g. Luftdeflektoren (6) zeichnen sich im wesentlichen durch eine Kegelform aus, deren Spitze zur Eingangsöffnung (5) zeigt und deren Basis am freien Ende des o. g. Filtereinsatzes (2) befestigt ist; die Kegelform der o. g. Luftdeflektoren (6) zeichnet sich durch zwei Halbparabeln mit paralleler Achse und Zweigen aus, die auf der Höhe der Luftdeflektorenspitze vereint sind, um ein konkaves (6a) bzw. konvexes (6b) Profil zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die o. g. Kanalisierungsmittel (8) innen einen gebogenem Anschluss (11) zwischen dem o. g. röhrenförmigen Gehäuse und der o. g. Öffnung für den Ausgangsstrom (7) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die o. g. Kanalisierungsmittel (8) dem Umfang entlang mit einer Aushöhlung (14) versehen sind, um die Innenwand des röhrenförmigen Gehäuses (2) auf der Höhe der oberen Öffnung (10) unterzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das röhrenförmige Gehäuse (2) eine zylindrische Form aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der o. g. Filtereinsatz (2) aus Baumwolle besteht, die mit Öl mit niedriger Viskosität imprägniert wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die o. g. Halterungen (4) mit einer Innennut (12) ausgestattet sind, in die ein Ende des Filtereinsatzes (3) eingefügt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die o. g. Halterungen (4) dem Umfang entlang mit einem Sitz ausgestattet sind, um die Innenwand des röhrenförmigen Gehäuses (2) auf der Höhe der unteren Öffnung (9) unterzubringen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das o. g. röhrenförmige Gehäuse (2) mittels Befestigungsvorrichtungen (14) fest an die o. g. Halterungen (4) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die o. g. Halterungen (4) aus glasfaserverstärktem Nylon sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der o. g. Filtereinsatz (2) eine zylindrische Form aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die o. g. röhrenförmige Komponente (2) Temperaturen von bis zu 250°C aushält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die o. g. röhrenförmige Komponente (2) durch mindestens eine flexible Rohrschelle 16 fest an die o. g. Halterungen (4) und an die o. g. Kanalisierungsmittel (8) angebracht ist.