DE60114783T2

DE60114783T2 - Vorrichtung zum filtrieren der ansaugluft von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE60114783T2
Application number: DE60114783T
Authority: DE
Inventors: Gaetano Bergami
Original assignee: BMC SRL
Current assignee: BMC SRL
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: WO2001055581A1; AU2001225401A1; ATE309460T1; US6955699B2; US20030029144A1; ITBO20000024A1; EP1264101B1; EP1264101A1; DE60114783D1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft Filter zum Filtrieren der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen. Im wesentlichen betrifft die Erfindung Filter für die Ansaugluft von aufgeladenen Brennkraftmaschinen und Saugmotoren, insbesondere der bei Rennen verwendeten Art.
In dem Dokument US 5,685,887 ist ein Filterelement mit einem Filtermaterial offenbart, das eine geriffelte Schnittfläche aufweist, welche in Form eines zylindrischen Gehäuses ausgebildet ist. Ein oberer Abschnitt des zylindrischen Gehäuses wird geschlossen gehalten, und ein unterer Öffnungsabschnitt ist mit einem Luftansaugkanal verbunden. Der obere und der untere Abschnitt des zylindrischen Gehäuses sind jeweils an einem abstützenden Element mit ringförmigem Rand und einem ringförmigen Verbindungsglied aus synthetischem Kautschuk befestigt. Der Hauptnachteil des Filterelementes besteht darin, dass der ringförmige Rand und die Verbindungsglieder schwer, kostspielig und nicht gegen höhere Temperaturen als die Vulkanisierungstemperatur des synthetischen Kautschuks beständig sind.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Verbindungsglied des Filterelements nur außen an einem passenden Verbinder des Ansaugkanals verbunden werden kann.
In dem Dokument US 5,688,299 ist ein Luftfilter mit einem Grundelement offenbart, das ovale Form oder die eines kreisförmigen Flansches aufweist und im Innern mit einer Befestigungsschraube zur Verbindung mit einem geeigneten und speziellen Halterung versehen ist. Der Hauptnachteil des letzteren Filters besteht darin, dass er nur außen an der speziellen Halterung angebaut werden kann. Ein weiterer Nachteil der bekannten Filter besteht darin, dass die Filterelemente Form und Abmessungen aufweisen, welche durch die Eigenschaften des zugehörigen Behälters oder Verbinders vorgegeben sind und deshalb nicht einstellbar sind.
Die bekannten Filter zur Verwendung in Sportwagenmotoren, die gewöhnlich "Sprintfilter" genannt werden, weisen Filterelemente aus Polyester auf, deren Enden schwere Flansche und/oder Kappen aus Polyurethan aufweisen, die äußerst kostspielig sind und außerdem auf Grund des verwendeten Materials keine Temperaturen von mehr als 90°C abhalten können. Diese Filter sind im wesentlichen kegelstumpfförmig, und sie sind als fast konische oder kegelstumpfförmig konische Teile in Metallbehältern eingeschlossen.
Die bekannten Filter mit den Filterelementen aus Papier gewährleisten eine gute Filtrierung, da sie Teilchen von mehr als 10 μm festhalten, sie weisen jedoch den Nachteil eines zu großen Strömungswiderstands für den hindurch laufenden Luftstrom auf.
Ein weiterer Nachteil der letzteren bekannten Filter besteht in der nicht ausreichenden Filterfläche auf Grund der konischen Form des Filters mit weiten Neigungswinkeln.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Hauptaufgabe zugrunde, ein Filter für die Ansaugluft von Brennkraftmaschinen vorzuschlagen, das kein spezielles Gehäuse oder keinen speziellen Behälter benötigt, sondern an den Expansionskasten des Ansaugluftsammlers angebaut wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein von außen her sichtbares und kontrollierbares Filter und mit leichter und schneller Anbaubarkeit und Abbaubarkeit an der Außenseite und der Innenseite des Expansionskastens vorzuschlagen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Filter mit einstellbaren geometrischen Merkmalen ohne Modifizierung der Befestigungs- oder Unterbringungsmittel vorzuschlagen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Filter vorzuschlagen, das leicht, jedoch gleichzeitig fest, steif und beständig gegen Temperaturen von mehr als 200°C ist.
Eine andere Aufgabe ist es, ein Filter mit einer großen Oberfläche der Filterelemente und niedrigen Strömungswiderständen der gefilterten Luft vorzuschlagen.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Filtervorrichtung vorzuschlagen, die sicher ist und eine Nutzungsdauer für eine Strecke von nicht weniger als 150 000 km auf weist, jedoch mit sehr wenig Wartung verwendbar und einfach zu entsorgen ist, da sie grundsätzlich aus einem natürlichen Material besteht.
Die Hauptaufgabe der Erfindung wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 erfüllt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden sind die Merkmale der Erfindung insbesondere an Hand der anliegenden Zeichnungen hervorgehoben, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht des Filters in zusammengebautem Zustand in dem Motor zeigt;
2 eine vergrößerte, im Längsschnitt geführte Ansicht des Filters gemäß 1 zeigt;
3 eine Ansicht des Filters gemäß 2 von oben zeigt;
4 eine Draufsicht auf die Abstützmittel des Filters gemäß 2 zeigt;
5 eine Schnittansicht entlang der Ebene V-V der Abstützmittel gemäß 4 zeigt;
6 eine Schnittansicht einer zweiten Variante des Filters gemäß 1 in Entsprechung zu dem Einbauzustand zeigt;
7 eine Schnittansicht des Filters gemäß 6 in Entsprechung zu einer Variante des Einbauzustands zeigt.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
In den Figuren von 1 bis 7 zeigt Ziffer 10 ein Filter für die Ansaugluft von Brennkraftmaschinen an, Ziffer 100 zeigt einen Ansaugsammler für die Luft an, und Ziffer 110 zeigt einen Expansionskasten der Brennkraftmaschine an.
Der Filter 10 umfasst ein erstes rohrförmiges Filterelement 2, ein zweites Filterelement 3, ein oberes ringförmiges Element 3 und Abstützmittel 4.
Die ersten Filterelemente 2 sind rohrförmig, beispielsweise zylindrisch oder keleglstumpfförmig zylindrisch, mit runden oder ovalen oder elliptischen Querschnitten, welche durch ein oberes Ende und ein unteres Ende begrenzt sind.
Die zweiten Filterelemente 3 sind im wesentlichen flach mit einer kreisförmigen oder ovalen oder elliptischen Form.
Die ersten Filterelemente 2 weisen gewinkelte oder geriffelte Wülste auf, um damit die Konstruktion zu versteifen und die Verlaufsform der Oberfläche zu vergrößern.
Vor dem Zusammenbauen des Filters 10 werden beide Filterelemente, die ersten 2 und die zweiten 3, durch Einbringen zwischen zwei Schichten eines beispielsweise aus Aluminium bestehenden Metallnetzes und eine Mehrzahl, beispielsweise vier, Stoff- oder Filzschichten aus Naturbaumwolle hergestellt, die mit Öl niedriger Viskosität getränkt ist.
Das obere Element 1 besteht aus einem kreisförmigen oder elliptischen oder ovalen Flansch mit einem "L"-förmigen Querschnitt, dessen Innenwinkel ein oberes ringförmiges Gehäuse 8 bildet, an welchem die oberen Enden der ersten Filterelemente 2 und der Außenrand der zweiten Filterelemente 3 befestigt sind.
Die Abstützelemente 4 umfassen ein unteres ringförmiges Gehäuse 9, das kreisförmig oder elliptisch oder oval geformt ist, an welchem das untere Ende der ersten Filterelemente 2 befestigt ist.
Weiterhin besitzen die Abstützelemente 4 ein zentrales, kreisförmiges Loch 5 und einen elliptisch geformten, flachen Flansch 7 mit einer Mehrzahl, beispielsweise drei, äußeren Löchern 6 zum Zusammenbauen des Filters 10.
Es ist auch vorgesehen, dass das obere Element 1 und die Abstützmittel 4 aus Verbundmaterial mit einer mit Kohlenstofffasern verstärkten synthetischen Grundmasse hergestellt sind.
Des weiteren erfolgt das Befestigen der ersten Filterelemente 2 an dem oberen ringförmigen Gehäuse 8 und dem unteren ringförmigen Gehäuse 9 und das Befestigen der zweiten Filtermittel 3 an dem oberen ringförmigen Gehäuse 8 durch Verkleben mit synthetischen Zweikomponentenharzen, beispielsweise Epoxid- oder Polyurethanharzen.
Der Sammler 100 besteht im wesentlichen aus einem Kanal, beispielsweise einem mit Falten versehenen flexiblen oder einem starren Schlauch, dessen Enden mit den Zuführelementen der Brennkraftmaschine und mit dem Expansionskasten 110 verbunden sind und in Strömungsverbindung mit diesen stehen. Der Expansi onskasten 110 besteht im wesentlichen aus einem starren Gehäuse, das beispielsweise eine zylindrische Form mit einem elliptischen Querschnitt oder die Form eines Parallelepipeds aufweist und in einem flachen Abschnitt Befestigungsmittel 13 aufweist, die beispielsweise aus Stiftschrauben, welche zu den äußeren Löchern 6 des Flansches 7 korrespondieren, und aus Muttern oder Flügelmuttern bestehen. Der Expansionskasten 110 weist eine Öffnung 12 auf, welche im zusammengebauten Zustand M dem Loch 5 des Flansches 7 entspricht.
Es ist außerdem eine Dichtung 14 vorgesehen, welche zwischen dem Flansch 7 und dem Expansionskasten 110 positioniert ist, um die pneumatische Abdichtung zu gewährleisten. Offenkundig beinträchtigt die Dichtung 14, die beispielsweise aus synthetischem Kautschuk besteht, nicht die Befestigungsmittel und nicht die Öffnung 12 des Luftkanals des Expansionskastens 110. Das Dichtungsprofil 14 hat auch den Zweck, die Kräfte zu teilen und den Verbindungsdruck zwischen dem Expansionskasten 110 und dem Filter 10 zu vergleichmäßigen und die auf dieses letztere übertragenen Schwingungen zu vermindern.
Die Funktionsweise sieht vor, dass die Motoransaugluft zuerst durch die ersten und zweiten Filterelemente 2, 3 fließt, welche die Luft von Teilchen und von Staub reinigt, die größere Abmessungen als die Filtrierungskapazität des Stoffs oder des mit Öl getränkten Baumwollfilzes aufweisen, und fließt dann nacheinander durch den Expansionskasten 110 und den Sammler 100 und gelangt schließlich zu den Zuführelementen der Brennkraftmaschine, wo die Luft und der Treibstoff gemischt werden.
Vorteilhafterweise muss hervorgehoben werden, dass das Filter gemäß der vorliegenden Erfindung in äußerer Stellung, jedoch auch in einem eingebauten Zustand MM angebracht werden kann, in welchem sich das Filter 10 in dem Expansionskasten 110 mit geeigneten geometrischen Merkmalen befindet. Außerdem eignet sich das Filter gemäß der vorliegenden Erfindung für schnelle Änderungen und Anordnungsvariationen, welche wertvolle Merkmale im Bereich der Rennen und der Prototypen sind.
Es gibt nicht gezeigte Varianten, bei welchen der Flansch 7 näherungsweise kreisförmig oder vieleckig geformt ist, damit eine bessere Kopplung mit dem Expansionskasten 110 in Bezug auf die Merkmale dieses letzteren zustande kommt.
Weitere Varianten, die zum Teil in den 6 und 7 gezeigt sind, betreffen die Form des zweiten Filterelementes 2, welches alternativ eine konkave oder konvexe Form mit näherungsweise halbelliptischem Querschnitt besitzt, die sich nach der Innenseite oder der Außenseite des Filters 10 hin erstreckt, oder mit Wülsten mit konzentrischer ringförmiger, paralleler Erstreckung oder mit näherungsweise konischer Form, welche sich nach der Außenseite oder der Innenseite des Filters 10 hin erstreckt, mit einer Reihe radialer Wülste, die sich vom Scheitelpunkt des Kegels ausgehen bis hin zur Basis in der Nähe des oberen Elementes 1 erstrecken. Die Wülste weisen beispielsweise dreieckige oder geriffelte Querschnitte auf.
Durch die oben beschriebenen Varianten wird die Funktionsweise nicht modifiziert, sondern die filternde Nutzoberfläche des Filters 10 wird vergrößert und/oder diese letztere verstärkt.
Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung von Filtern, welche keinen speziellen Behälter benötigen, sondern an einem Expansionskasten des Ansaugluftsammlers angebaut werden können.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Filter gemäß der vorliegenden Erfindung von außen her sichtbar und kontrollierbar sind und sich leicht und schnell anbauen und abbauen lassen und variable und modifizierbare geometrische Merkmale aufweisen, ohne dass die Befestigungs- oder Unterbringungsmittel modifiziert werden müssen.
Ein anderer Vorteil ist, dass einstückige Filter, die leicht und gleichzeitig fest, starr und gegen Temperaturen von noch mehr als 200°C beständig sind, und Filter mit einer großen Oberfläche der Filterelemente und niedrigem Strömungswiderstand der gefilterten Luft bereitgestellt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein sicherer Filter mit einer Nutzungsdauer für eine Strecke von nicht weniger als 150 000 km bereitgestellt wird, der jedoch mit einer sehr geringen Wartung benutzbar und leicht zu entsorgen ist, da er hauptsächlich aus einem natürlichen Material besteht.

Claims

Vorrichtung zum Filtrieren der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen, die mit einem Expansionskasten (110) versehen sind, welcher eine Öffnung (12) hat, mit einem Filter (10), das ein erstes rohrförmiges Filterelement (2) umfasst und ferner aufweist: – ein oberes ringförmiges Element (1), das aus einem ringförmigen Flansch mit L-förmigem Querschnitt besteht, welcher mit einem oberen ringförmigen Gehäuse (8) versehen ist, in dem das obere Ende des ersten Filterelementes (2) befestigt ist; – ein zweites Filterelement (3), das umfangsmäßig an dem oberen Element (1) befestigt ist; – Abstützmittel (4), die versehen sind mit einem unteren ringförmigen Gehäuse (9), in dem das untere Ende des ersten Filterelementes befestigt ist (2), einem zentralen Loch (5), das mit der Öffnung (12) entsprechend einem Montagezustand (M) in Strömungsverbindung steht, und einem ebenen Flansch (7) zum Befestigen des Expansionskastens (110).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützmittel (4) und das obere Element (1) aus einem Mehrkomponentenmaterial mit einer Kunststoffmatrix hergestellt sind, die mit Kohlenstofffasern verstärkt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (7) näherungsweise elliptisch oder kreisförmig oder polygonal geformt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (7). äußere Löcher (6) hat, in denen Befestigungsmittel (13) des Expansionskastens (110) entsprechend dem Montagezustand (M) sitzen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filterelement (3) eben und näherungsweise kreisförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filterelement (3) konkav oder konvex mit halbelliptischem Querschnitt ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filterelement (3) eine Reihe von Sicken hat, die die Filterfläche und die Steifigkeit erhöhen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken ringförmig und konzentrisch sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filterelement (3) näherungsweise konisch geformt ist und eine Reihe von Sicken entlang seiner Erzeugenden hat.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Filterelement (2, 3) aus mehreren Baumwolllagen bestehen, die mit niedrigviskosem Öl getränkt und zwischen Netzelementen angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Dichtung (14) umfasst, die in den Montagezuständen (M, MM) zwischen dem Expansionskasten (110) und dem Flansch (7) angeordnet ist, ohne die Löcher (6) und die Öffnung (12) zu stören.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Filterelement (2, 3) und die ringförmigen Gehäuse (8, 9) mit Zweikomponenten-Kunstharzen miteinander verklebt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (10) außerhalb des Expansionskastens (110) entsprechend dem Montagezustand (M) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (10) nahezu vollständig innerhalb des Expansionskastens (110) entsprechend einem zweiten Montagezustand (MM) untergebracht ist.