DE8702519U1 - Air filter with preheating for combustion engines - Google Patents
Air filter with preheating for combustion enginesInfo
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Description
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Die Neuerung betrifft einen Luftfilter für Verbrennungsmotoren mit einem Filtermantel, der Öffnungen für den Eintritt und für den Austritt der Luft hat, sowie mit einem Filterelement aus porösem Papiermaterial, das in dem Filtermantel angeordnet ist.The innovation concerns an air filter for internal combustion engines with a filter casing having openings for the inlet and outlet of the air, as well as with a filter element made of porous paper material that is arranged in the filter casing.
Verbrennungsmotoren haben im allgemeinen Einrichtungen, die das Anlassen bsi niedrigen Temperaturen durch eins Vorwärmung der Verbrennungsluft erleichtern. Zur Vorwärmung dienen dabei beispielsweise Glühkerzen, die in den Ansaugkrümmer eingebaut sind. Es kann jedoch auch ein Ansaugkrümmer verwendet werden, der durch das Kühlwasser vorgewärmt wird.Internal combustion engines generally have devices that make starting at low temperatures easier by preheating the combustion air. For example, glow plugs built into the intake manifold are used for preheating. However, an intake manifold that is preheated by the cooling water can also be used.
Das Vorwärmsystem mit Glühkerzen hat den Nachteil, daß es teuer ist und beim Anlassen erhebliche Energie benötigt.The preheating system with glow plugs has the disadvantage that it is expensive and requires considerable energy when starting.
Die zweite Lösung, bei der der Ansaugkrümmer durch das Kühlwasser erwärmt wird, hat den Nachteil, daß sich ein Vorwärmeffekt erst dann einstellt, wenn die Kühlflüssigkeit selbst ausreichend erwärmt ist; ein Nutzeffekt ergibt sich somit noch nicht beim Anlassen des Motors und in den ersten Minuten seines Betriebs.The second solution, in which the intake manifold is heated by the cooling water, has the disadvantage that a preheating effect only occurs when the cooling liquid itself is sufficiently warmed; a useful effect is therefore not yet achieved when the engine is started and in the first few minutes of its operation.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftfilter zur Verfügung zu stellen, bei dem die erläuterten Nachteile in einfacher und wirtschaftlicher Weise vermieden werden.The aim of the innovation is to provide an air filter that avoids the disadvantages described above in a simple and economical way.
Bei einem Luftfilter der eingangs umrissenen Bauart wird diese Aufgabe neuerungsgemäß dadurch gelöst, daß das Filterelement elektrisch leitfähige Fasern enthält, durch deren Ausbildung und Anordnung das Filterelement elektrisch leitend ist, und daß das Filterelement Verbindungsmittel zum elektrischen Anschluß an eine elektrische Energiequelle aufweist, die durch den Joule-Effekt das Filterelement und über dieses die zu filternde Luft erwärmt.In an air filter of the type outlined above, this task is solved in accordance with the innovation that the filter element contains electrically conductive fibers, the design and arrangement of which make the filter element electrically conductive, and that the filter element has connecting means for electrical connection to an electrical energy source which heats the filter element and, via this, the air to be filtered, using the Joule effect.
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Mit dieser Lösung wird eine wirksame und sofortige Erwärmung der Verbrennungsluft im Augenblick des Anlassens des Motors erzielt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Luftfilter einfach und wirtschaftlich in Motoren eingebaut werden kann, die bisher noch kein Vorwärmsystem haben.This solution provides effective and immediate heating of the combustion air at the moment the engine is started. Another advantage is that the air filter can be easily and economically installed in engines that do not yet have a preheating system.
Wenn das Filterelement des Luftfilters aus wenigstens einem Band aus porösem Papiermaterial besteht, das faltenbalgartig zusammengelegt ist, ist es vorteilhaft, wenn die genannten Verbindungsmittel zum Anschluß an eine elektrische Energiequelle wenigstens zwei Metallstreifen aufweisen, die das Band an seinen beiden Rändern berühren.If the filter element of the air filter consists of at least one band of porous paper material folded together like a bellows, it is advantageous if the said connecting means for connection to an electrical energy source have at least two metal strips which touch the band at its two edges.
Weitere Merkmale und Vorteile der Neuerung ergeben sich aus den Sc^utzansprüchen und aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist.Further features and advantages of the innovation emerge from the claims and from the following description of an embodiment shown in the drawing.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine Ansicht eines Teils eines teilweise aufgeschnittenen Luftfilters gemäß der Neuerung,Figure 1 is a view of a part of a partially cut-away air filter according to the innovation,
Figur 2 eine Schnittdarstellung in der Ebene H-II der Figur 1 undFigure 2 is a sectional view in the plane H-II of Figure 1 and
Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung der Betriebsweise des Luftfilters gemäß Figur 1.Figure 3 is a diagram showing the operation of the air filter according to Figure 1.
Ein insgesamt mit 10 bezeichneter Luftfilter für einen Verbrennungsmotor hat einen als Gehäuse dienenden Mantel 12 mit zwei Öffnungen 12a für den Eintritt und für den Austritt der Luft. Der Mantel 12 hat die Form eines rechteckigen Rahmens, der aus einem Stück geformt ist, beispielsweise durch Pressen. Der Mantel 12 nimmt ein Filterelement 14 auf, das aus einem elektrisch leitfähigen, porösen Papierband 16 besteht, welches faltenbalgartig zusammengelegt ist.An air filter for an internal combustion engine, designated as a whole by 10, has a casing 12 serving as a housing with two openings 12a for the inlet and outlet of the air. The casing 12 has the shape of a rectangular frame which is formed from one piece, for example by pressing. The casing 12 accommodates a filter element 14 which consists of an electrically conductive, porous paper band 16 which is folded together like a bellows.
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Das elektrisch leitfähige Papier, aus dem das Band 16 besteht, ist elektrostatisch, wobei die Filtereigenschaften durch die in die Grundniüsse eingelagerten, leitenden Fasern nicht beeinträchtigt werden. Das Papiermaterial ist ausführlich in der DE-OS 34 18 831 erläutert; auf diese Patentanmeldung der Anmelderin wird in diesem Zusammenhang ausführlich Bezug genommen.The electrically conductive paper from which the band 16 is made is electrostatic, whereby the filter properties are not impaired by the conductive fibers embedded in the base. The paper material is explained in detail in DE-OS 34 18 831; this patent application by the applicant is referred to in detail in this context.
Zwischen das Filterelement 14 und den Mantel 12 ist ein Streifen 18 aus Polyurethanschaum gelegt, der die Aufgabe hat. eine elektrische Isolierung zwischen dem Filterelement 14 und dem Mantel 12 herzustellen und gleichzeitig zu verhindern, daß ein Teil des Luftstroms ohne Filterung durch die Öffnungen 12a strömen kann.A strip 18 made of polyurethane foam is placed between the filter element 14 and the casing 12, which has the task of creating electrical insulation between the filter element 14 and the casing 12 and at the same time preventing part of the air flow from flowing through the openings 12a without being filtered.
Das Band 12 aus dem elektrisch leitfähigen, porösen Papiermaterial hat. an jedem Rand 16a einen dünnen Streifen 20 aus Kupfer, der U-förmig über den Rand 16a gebogen ist; zwischen dem Rand 16a des Bandes 16 und dem U-förmigen Streifen 20 aus Kupfer befindet sich eine elektrisch leitende Lackschicht 24 auf der Basis von Silber oder anderen Metallen.The band 12 made of electrically conductive, porous paper material has a thin strip 20 made of copper on each edge 16a, which is bent in a U-shape over the edge 16a; between the edge 16a of the band 16 and the U-shaped strip 20 made of copper there is an electrically conductive lacquer layer 24 based on silver or other metals.
Der Streifen 20 hat an beiden Seiten des Bandes 16 jeweils einen Abstandsstreifen 22, der vorzugsweise aus demselben Papierrnaterial wie das Band 16 hergestellt ist.The strip 20 has a spacer strip 22 on each side of the band 16, which is preferably made of the same paper material as the band 16.
Um eine gute elektrische Verbindung zwischen jedem Metallstreifen 20 und dem Band 16 herzustellen, ist es vorteilhaft, wenn jeder Streifen 20 mit dem zugehörigen Rand 16a des Bandes 16 durch einen leitenden Faden vernäht ist, beispielsweise über Maschen mit vier Stichen je Zentimeter.In order to establish a good electrical connection between each metal strip 20 and the band 16, it is advantageous if each strip 20 is sewn to the corresponding edge 16a of the band 16 by means of a conductive thread, for example by means of stitches with four stitches per centimeter.
Der metallische Streifen 20 ist über nicht gezeigte, elektrische Leitungen an eine elektrische Energiequelle angeschlossen, beispielsweise an die Batterie des Kraftfahrzeugs. Um die Aufheizgeschwindigkeit des Filterelementes 14 zu erhöhen und um eine zu hohe Stromentnahme an der Batterie im Anschluß an dasThe metallic strip 20 is connected to an electrical energy source, for example to the battery of the motor vehicle, via electrical lines (not shown). In order to increase the heating rate of the filter element 14 and to prevent excessive current consumption from the battery following the
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Anlassen zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, den Filter in der Anfangsphase des Aufheizens dadurch elektrisch zu versorgen, daß der Strom direkt von einem Gene-ator, beispielsweise der Lichtmaschine abgenommen wird.In order to avoid starting, it has been found to be advantageous to supply the filter with electricity during the initial phase of heating by taking the current directly from a generator, for example the alternator.
Wenn die Verbrennungsluft die gewünschte Temperatur erreichts unterbricht ein Thermostat, der von einem am Ende des nicht gezeigten Ansaugkrümmers angeordneten Sensor gesteuert wird, die elektrische Versorgung zu dem Filterelement 14 und damit eine weitere Aufheizung der Luft.When the combustion air reaches the desired temperature, a thermostat controlled by a sensor arranged at the end of the intake manifold (not shown) interrupts the electrical supply to the filter element 14 and thus further heating of the air.
Nachstehend werden an einem Ausführungsbeispiel die Betriebseigenschaften und die Vorteile eines gemäß der Neuerung ausgebildeten Luftfilters erläutert.The operating characteristics and advantages of an air filter designed according to the innovation are explained below using an exemplary embodiment.
Sei diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Filter gemäß Figur 1 verwendet, der in der faltenbalgartig gelegten Form eine Breite von 30 cm, eine Höhe von 11,2 cm und eine Tiefe von 2,8 cm hatte. Das Papiermaterial, aus dem das Filterelement 14 besteht, wurde dadurch elektrisch leitfähig gemacht, daß während der Herstellung des Papiermaterials eine gewisse Menge von Kohlenstoff-Fasern hinzugefügt wurde, deren mittlere Länge zwischen 6In this embodiment, a filter according to Figure 1 was used, which in the bellows-like form had a width of 30 cm, a height of 11.2 cm and a depth of 2.8 cm. The paper material from which the filter element 14 is made was made electrically conductive by adding a certain amount of carbon fibers during the manufacture of the paper material, the average length of which was between 6
* und 7 mm und deren Durchmesser etwa 7 um betrug; die Menge dieser Kohlenstoff-Fasern entsprach etwa 10% des Gesamtgewichtes.* and 7 mm and whose diameter was about 7 µm; the amount of these carbon fibers corresponded to about 10% of the total weight.
Zur Verbindung der Fasern mit dem Papiermaterial diente ein Kleber auf der Basis von Polyacrylamid (etwa 1% des Fasergewichtes). Dieses Papiermaterial hatte eine Porosität wie ein nor- malerweise für Luftfilter verwendetes Papiermaterial, wobei die Größenordnung der Porendurchmesser etwa 10 um betrug.An adhesive based on polyacrylamide (about 1% of the fiber weight) was used to bond the fibers to the paper material. This paper material had a porosity similar to that of a paper material normally used for air filters, with the order of magnitude of the pore diameters being about 10 µm.
* Für die Versuche wurde ein Verbrennungsmotor mit einem Hubraum von 1900 cm verwendet, dfcr kein System zur Erwärmung der Ver* For the tests, a combustion engine with a displacement of 1900 cm3 was used, which did not have a system for heating the brennungsluft aufwies.combustion air.
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Das Diagramm der Figur 3 zeigt den Anstieg der Temperatur vom Augenblick des Anlassens des Motors, und zwar im Fall der Kurve A des erwähnten Motors mit einem normalen Luftfilter ohne Vorwärmung und im Fall der Kurve B des Motors mit einem Luftfilter gemäß der Neuerung. In beiden Fällen lag der Luftdurchsatz zwischen 8 und 10 m /h.The diagram in Figure 3 shows the increase in temperature from the moment the engine is started, in the case of curve A of the engine mentioned with a normal air filter without preheating and in the case of curve B of the engine with an air filter according to the innovation. In both cases the air flow was between 8 and 10 m /h.
Wie der Kurvenverlauf B zeigt, konnte mit nur 20 Sekunden Vorwärmung des Filterelementes 14 eine Temperatur der Verbrennungsluft erreicht werden, die etwa 20 Grad höher lag als die Temperatur, die ohne den vorgewärmten Filter erreicht wurde. Bei dem erwähnten Motor mit einem Hubraum von 1900 cm kann man mit einem Luftfilter gemäß der Neuerung bei einer Ausgangstemperatur der Luft von 0° C in nur 20 Sekunden eine Vorwärmung von 10° C erweichen, wobei die elektrische Leistung bei einer 12 Volt-Batterie 230 Watt beträgt.As curve B shows, with only 20 seconds of preheating the filter element 14, a combustion air temperature could be achieved that was about 20 degrees higher than the temperature that was achieved without the preheated filter. In the engine mentioned with a displacement of 1900 cm, with an air filter according to the innovation, a preheating of 10° C can be achieved in just 20 seconds at an initial air temperature of 0° C, whereby the electrical power with a 12 volt battery is 230 watts.
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