WO2007101469A1

WO2007101469A1 - Luftfilter

Info

Publication number: WO2007101469A1
Application number: PCT/EP2006/050772
Authority: WO
Inventors: Jens Sohnemann; Frank Pfeiffer
Original assignee: Mann+Hummel Gmbh
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-09-13

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Luftfilter (10), insbesondere Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Gehäuse (12) mit einem Rohlufteinlass (17) und einem Reinluftauslass (18), wobei zwischen Rohlufteinlass (17) und Reinluftauslass (18) ein Filterelement (13) dichtend angeordnet ist, wobei weiterhin ein Adsorbenspartikel aufweisendes Element an einer inneren Gehäusewandung (19) des Gehäuses (12) angeordnet ist, wobei das Element (20) innerhalb eines vorgegebenen Bewegungsspielraumes relativ zur Gehäusewandung (19) schwingend beweglich ist.

Description

Beschreibung

Luftfilter

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft einen Luftfilter nach der Gattung des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Desorption eines in einem derartigen Luftfilter eingesetzten Adsorberelementes gemäß der Gattung des Patentanspruches 8.

Stand der Technik

[0002] Wesentliches Entwicklungsziel bei modernen Brennkraftmaschinen ist eine Reduktion der Schadstoffemission. Bisherige Entwicklungsaktivitäten hatten vor allem eine Optimierung des Abgasreinigungssystems zum Ziel. Moderne Abgasreinigungssysteme erzielen inzwischen Umwandlungsraten für Schadstoffe von über 97%.

[0003] Die zunehmende Luftverunreinigung hat nahezu in allen Staaten dazu geführt, dass der Schadstoffausstoß begrenzt wurde und immer stärker limitiert wird. Um die Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit zu garantieren, wurden unterschiedliche Prüfverfahren, Bewertungen und Grenzwerte erarbeitet. So existiert in den USA bezüglich der Grenzwerte beispielsweise die Kategorie ULEV (Ultra Low Emission Vehicle), SULEV (Super Ultra Low Emission Vehicle) und die Kategorie mit den derzeit strengsten Werten, PZEV (Partial Zero Emission Vehicle).

[0004] Im Zuge der oben geschilderten SULEV/ULEV-Problematik ist es jedoch nachteilig, dass beispielsweise die im Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine vorhandenen Kohlenwasserstoffe bei Stillstand des Motors in die Umwelt gelangen können. Die auftretenden Emissionen an Kohlenwasserstoffen sind ggf. zu minimieren um die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten. Ebenso ist eine Reinigung der Luft von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, welche in den Innenraum von Kraftfahrzeugen geleitet wird, zur Verringerung des Krebsrisikos der Passagiere erwünscht.

[0005] Zur Lösung dieses Problems werden in Luftführungen und Luftfiltergehäusen Bauteile mit adsorbenshaltigen Filterelementen eingesetzt. Üblicherweise sind die Luftführungskanäle dabei aus Kunststoffen hergestellt. Die eingesetzten Filterelemente sollen HC-Emissionen reduzieren und/oder den Austritt auftretender HC-Emissionen verhindern. Die Filterelemente sind meist als Faltenfilter, als Feststruktur auf keramischer Basis, als adsorbenshaltiges Pressmaterial oder als Adsorbensschüttung ausgeführt. Sie benötigen dadurch ein speziell für den Filtertyp ange- passtes Gehäuse und müssen mit den Luftführungen in einem zusätzlichen Produktionsschritt bzw. Konfektionierungsschritt verknüpft werden. Die gängigen Filterelemente wie zickzackförmig gefaltete Filter sind üblicherweise als Wechselfilter ausgeführt.

[0006] Die US 2003/082824 A zeigt einen Luftführungskanal mit einem integrierten Kohlenwasserstoff-Sensor und -Sammler. Dieser ist scheibenförmig aufgebaut und sitzt inline im Luftstrom, welcher durch den Luftführungskanal strömt. Das Adsorberelement weist eine wabenförmige Struktur auf und ist bevorzugt aus Aktivkohle oder Aktivkohle in Verbindung mit einem Bindemittel gefertigt.

[0007] Nachteilig sind bei all diesen Lösungen der hohe Fertigungsaufwand, der teilweise recht hohe Druckverlust und die spezielle Anpassung der Gehäuse und Luftführungskanäle an die Adsorberelemente. Ein weiteres Problem ist die Notwendigkeit der Desorption der Adsorberelemente, welche üblicherweise während des Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgt. Bei einem durchströmten Adsorberelement ist der Druckverlust recht hoch, dafür ergibt sich eine gute Desorptionsrate und bei einem nur angeströmten Adsorberelement ergibt sich eine nicht ausreichende Desorptionsrate.

[0008] Die Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und einen Luftfilter anzugeben, welcher kostengünstig und einfach herstellbar ist.

[0009] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Ferner wird gemäß Anspruch 8 ein Verfahren zur Desorption eines Ad- sorberelementes in einem erfindungsgemäßen Luftfilter beansprucht.

Offenbarung der Erfindung

[0010] Die Erfindung betrifft einen Luftfilter, insbesondere Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Gehäuse mit einem Rohlufteinlass und einem Reinluftauslass, wobei zwischen Rohlufteinlass und Reinluftauslass ein Filterelement dichtend angeordnet ist. Weiterhin ist ein Adsorbens- partikel aufweisendes Element an einer inneren Gehäusewandung des Gehäuses angeordnet, wobei das Element innerhalb eines vorgegebenen Bewegungsspielraumes relativ zur Gehäusewandung schwingend beweglich ist. Durch die relativ zur Gehäusewandung schwingende Anordnung des Adsorbenspartikel aufweisenden Elementes wird das Element im Betrieb der Brennkraftmaschine durch die Pulsation der Ansaugluft zu einer Schwingung angeregt, wodurch eine Zwangsdurchströmung des Elementes erfolgt und diese dann für eine guten Desorption des Adsorbenspartikel aufweisenden Elementes sorgt. Das Adsorbenspartikel aufweisende Element kann dabei lösbar oder unlösbar mit der inneren Gehäusewandung verbunden sein und ist bevorzugt auf der Reinluftseite des Luftfiltergehäuses angeordnet. Dadurch erfolgt keine Verblockung des Adsorbenspartikel aufweisenden Elementes durch Staub- und Schmutzpartikel, wodurch das Adsorbenspartikel aufweisende Element zu einem Lebensdauerelement werden kann. Die Adsorbenspartikel können beispielsweise aus Aktivkohle, aus Zeolithen oder aus Silicagel gebildet sein.

[0011] Ein weiterer Vorteil ist, dass das Adsorbenspartikel aufweisende Element nicht direkt im Strömungsweg der Luft zwischen Ein- und Auslass angeordnet ist und so keinerlei Druckverluste durch das Element produziert werden. Das Element wird zwar durch die Pulsation zwangsdurchströmt, aber durch die quasi im Nebenschluss angeordnete Einbauposition wird die Strömung durch das Hauptfilterelement nicht gestört.

[0012] Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Adsorbenspartikel aufweisende Element ein Flachfilterelement mit einem zickzackförmig gefalteten Adsorbermedium. Das die Adsorbenspartikel aufweisende Medium kann dabei ein Filterpapier oder auch ein teilsynthetisches oder vollsynthetisches Medium sein. Die Adsorbenspartikel können beispielsweise mit dem Trägermedium über eine Klebverbindung fest verbunden sein oder aber auch zwischen zwei Trägermedien, welche miteinander verbunden werden, immobilisiert sein. Derartige Flachfilterelemente mit zickzackförmig gefaltetem Adsorbermedium sind im Stand der Technik wohlbekannt und können einfach und kostengünstig hergestellt werden. [0013] Alternativ hierzu kann das Adsorbenspartikel aufweisende Element ein flacher, im Wesentlichen plattenförmig geformter, schaumbasierter Filter sein. Hierbei wird zuerst das Kunststoffmaterial in die passende Form geschäumt und im Anschluss wird beispielsweise die Aktivkohle durch beispielsweise ein Klebverfahren mit den Poren, welche das schaumbasierte Medium durchziehen, verbunden. Auch derartige Medien sind im Stand der Technik wohlbekannt. Die Aktivkohle kann jedesmal als beispielsweise Splitteraktivkohle in Granulatform oder als Kugel-Aktivkohle verwendet werden.

[0014] Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass an zwei im Wesentlichen gegenüberliegenden Umfangsseiten des Adsorbenspartikel aufweisenden Elementes ein wenigstens einmal geknicktes Seitenband angeordnet ist. Dabei ist jeweils eine erste Fläche des Seitenbandes mit einer der Umfangsseiten des Elementes verbunden, und eine zweite Fläche - wenigstens durch einen Knick von der ersten Fläche getrennt - ist mit der Innenwandung des Gehäuses verbunden. Das Seitenband kann dabei aus dem Filtermedium selbst bestehen, es kann aber auch aus einem Papier oder Kunststoff bestehen und mit den Umfangsseiten des Elementes und der Innenwandung des Gehäuses durch eine Kleb- oder Schweißverbindung verbunden werden. Weiterhin ist es möglich, dass das Seitenband einstϋckig mit dem zickzackförmig gefalteten Filtermedium verbunden ist und im Prinzip eine überschüssige Falte darstellt. Durch die Verbindung des Elementes mit der Innenwandung des Gehäuses über ein Seitenband ergibt sich durch die Flexibilität des Seitenbandes, welches in etwa mit einem Filmscharnier zu vergleichen ist, eine relative Beweglichkeit des Elementes gegenüber der Gehäusewandung. Es ist weiterhin möglich als Seitenband ein elastisches Medium zu verwenden, um so eine einfachere Schwingungsanregung zu realisieren. Bevorzugt ist dabei das Element über das Seitenband unlösbar mit dem Gehäuse verbunden. Es ist jedoch auch möglich, diese Verbindung über eine Schraub- oder Clipsverbindung zu realisieren, so dass das Element im Bedarfsfall ausgetauscht werden kann. [0015] Alternativ hierzu ist das Seitenband nur an einer der Umfangsseiten des Elementes angeordnet und dort über die zweite Fläche mit der Innenwandung des Gehäuses verbunden, wobei die gegenüberliegende Seite des Elementes frei durch ein im Gehäuse korrespondiert angeordnetes Gegenlager im Gehäuse gehalten wird. Die weiteren Umfangsseiten des Gehäuses weisen also ebenfalls einen Abschluss zur Abdichtung der Falten voneinander auf. Das Element wird allerdings beim Einbau erst an der ersten Umfangsseite mittels des im Gehäuse angeordneten Gegenlagers fixiert und an der gegenüberliegenden Seite dann über das überstehende Seitenband, welches die durch einen Knick abgetrennte zweite Fläche aufweist, mit der Innenwandung des Gehäuses verbunden. Das Gegenlager kann hierbei beispielsweise ein Hinterschnitt im Gehäuse oder beispielsweise eine Art Führungsschiene, welche zusätzlich im Gehäuse angebracht ist oder einstückig mit dem Gehäuse verbunden ist, darstellen.

[0016] Eine weitere alternative Ausgestaltung besteht darin, dass das Adsorbens- partikel aufweisende Element umfangsseitig von einem Rahmen umfangen ist, wobei der Rahmen über Federmittel mit der Innenwandung des Gehäuses verbunden ist. Der Rahmen kann hierbei bevorzugt aus einem thermoplastischen Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, hier beispielsweise einen Rahmen aus einem anderen Material, welches eine gewisse Mindeststeifigkeit aufweist, herzustellen. Dabei kann das Element lösbar oder unlösbar mit dem Rahmen verbunden werden, und der Rahmen weist an der dem Gehäuse zugewandten Seite ein oder mehrere Federmittel auf, welche mit der Innenwandung des Gehäuses verbunden sind. Durch eine Variation der Federkraft des Federmittels lässt sich die gewünschte Schwingungsrate im Betrieb der Brennkraftmaschine vordefinieren, um so für jeden Anwendungszweck die gewünschte Desorptionsrate zu erreichen. Das oder die Federmittel können beispielsweise Schraubenfedern, Blattfedern, Torsionsfedern oder sonstige im Stand der Technik bekannten Federmittel sein.

[0017] In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist das Adsorbenspartikel aufweisende Element ebenfalls umfangsseitig von einem Rahmen umfangen, wobei der Rahmen über Federmittel mit einer im Inneren des Gehäuses angeordneten Hilfsstruktur verbunden ist. Der Rahmen und die Federmittel können dem vorherigen Beispiel entsprechen, und die Hilfsstrukturen können beispielsweise im Gehäuse angebrachte Verstrebungen oder weitere Funktionselemente sein, mit welchen das Element über die Federmittel verbunden wird. Ein Verfahren zur Desorption eines Adsorbenspartikel aufweisenden

Elementes in einem Luftfilter einer Brennkraftmaschine ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

Das Element wird im Nebenschluss zu einem durchströmten Filterelement, welches eine Reinseite dichtend von einer Rohseite trennt, angeordnet und durch die Pulsation der angesaugten Luft der Brennkraftmaschine im Betrieb der Brennkraftmaschine wird das Adsorbenspartikel aufweisende Element in Schwingung versetzt. Durch die Schwingungen wird eine weitere Luftströmung durch das Adsorbenspartikel aufweisende Element induziert, wobei die im Stillstand der Brennkraftmaschine adsorbierten und verbrannten Kohlenwasserstoffe aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine mittels der induzierten Luftströmung aus dem Element de- sorbiert werden. D. h. im Stillstand der Brennkraftmaschine strömen unverbrannte Kohlenwasserstoffe zurück in den Ansaugtrakt, aus denen sie entfernt werden müssen. Dies erfolgt durch das im Luftfilter der Brennkraftmaschine im Nebenschluss angeordnete Element, welches Adsorbenspartikel aufweist, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe durch die Adsorbenspartikel aus der Luft heraus adsorbiert werden. Mit steigender Adsorbens der unverbrannten Kohlenwasserstoffe sinkt die weitere Adsorbensfähigkeit des Adsorbenspartikel aufweisenden Elementes. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird durch die Schwingung des Adsorbenspartikel aufweisenden Elementes relativ zur Gehäusewandung ein Luftstrom durch das Element induziert, wodurch die adsorbierten unverbrannten Kohlenwasserstoffe aus den Adsorbenspartikeln heraus desor- biert werden und anschließend im Brennraum verbrannt werden. Durch die sehr vollständige Desorption bleibt die Adsorptionsfähigkeit des Elementes erhalten, wodurch das Element auch als Lebensdauerbauteil ausgeführt werden kann. [0019] Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0020] Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Luftfilter,

[0021] Figur 2 zeigt einen Schnitt durch ein Gehäuseteil eines erfindungsgemäßen Luftfilters mit einer alternativen Befestigungsvariante, und

[0022] Figur 3 zeigt wiederum eine dritte Befestigungsvariante des Adsorbens- partikel aufweisenden Elementes.

Ausführungsform(en) der Erfindung

[0023] Figur 1 zeigt einen Luftfilter 10, aufweisend ein unteres Gehäuseteil 11 und ein oberes Gehäuseteil 12 mit einem dichtend dazwischen angeordneten Luftfilterelement 13. Das untere Gehäuseteil 11 und das obere Gehäuseteil 12 sind über eine Schraubverbindung 14 miteinander verbunden. Gehalten wird das Luftfilterelement 13 durch eine erste Anlagekante 15 am unteren Gehäuseteil 11 und eine darüber angeordnete zweite Anlagekante 16 des oberen Gehäuseteils 12. Das Luftfilterelement 13 trennt einen Lufteinlass 17 im unteren Gehäuseteil 11 dichtend von einem Luftauslass 18, angeordnet im oberen Gehäuseteil 12. Mit einer inneren Gehäusewandung 19 des oberen Gehäuseteils 12 ist ein Adsorberelement 20 über Seitenbänder 21 verbunden. Die Seitenbänder sind an zwei gegenüberliegenden umlaufenden Kanten des Adsorberelementes 20 angeordnet, wobei eine erste Fläche 22 mit dem Adsorberelement 20 verbunden ist. Die Länge der ersten Fläche 22 ist dabei größer als die Höhe des Adsorberelementes 20, und das Adsorberelement 20 ist am der Gehäusewandung 19 abgewandten Teil der Fläche 22 angeordnet. Am Ende der ersten Fläche 22 in Richtung der Gehäusewandung 19 gesehen, schließt sich eine zweite Fläche 23 des Seitenbandes 21 an, welche über beispielsweise eine Kleb-, Schweiß- oder Schraubverbindung mit der inneren Gehäusewandung 19 des oberen Gehäuseteils 12 verbunden ist. Bevorzugt wird das Seitenband 21 nicht über die gesamte zweite Fläche 23 mit der Gehäusewandung 19 verbunden, sondern nur teilweise im Bereich der der ersten Fläche 22 abgewandten Seite. Dadurch, dass das Seitenband 21 eine gewisse Flexibilität aufweist, kann im Betrieb der Brennkraftmaschine, bei der die Luftströmung gemäß den Pfeilen dargestellt durch das Luftfiltergehäuse strömt, bei einer Pulsation der Ansaugluft das Adsorberelement 20 im Wesentlichen parallel zur inneren Gehäusewandung 19 und relativ dazu schwingen.

[0024] Figur 2 zeigt eine alternative Befestigungsform des Adsorbenspartikel aufweisenden Adsorberelementes 20 im Schnitt. Der vorherigen Figur entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Hier weist das Adsorberelement 20 an zwei gegenüberliegenden umlaufenden Kanten Haltebϋgel 24 auf, welche mit Schraubenfedern 25 verbunden sind, wobei diese wiederum mit der inneren Gehäusewandung 19 verbunden sind. Dadurch ergibt sich wiederum eine parallel zur inneren Gehäusewandung 19 mögliche Schwingfähigkeit des Adsorberelementes 20. Die Haltebϋgel 24 können entweder nur an den gegenüberliegenden umlaufenden Kanten des Adsorberelementes 20 angeordnet sein, oder aber auch einen umschließenden Rahmen um das Adsorberelement bilden.

[0025] In Figur 3 wird eine dritte Befestigungsform des Adsorberelementes 20 im oberen Gehäuseteil 12 im Schnitt dargestellt. Den vorherigen Figuren entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Hier weist das obere Gehäuseteil 12 eine einstückig mit diesem verbundene Haltenase 26 auf, hinter die eine Stirnkante des Adsorberelementes 20 eingeclipst wird. Die gegenüberliegende Stirnkante des Adsorberelementes 20 weist wiederum ein Seitenband 21 auf, welches analog zur Befestigung in Figur 1 ausgeführt ist. Bei einer pulsierenden Anregung des Adsorberelementes 20 im Betrieb der Brennkraftmaschine kann das Element bedingt durch die Flexibilität des Seitenbandes 21 und den freien Raum zwischen Ende des Adsorberelementes 20 in der Haltenase 26 zur inneren Gehäusewandung 19 eine relativ zur Gehäusewandung schwingende Bewegung ausführen.

Claims

Ansprüche

1. Luftfilter, insbesondere Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, aufweisend ein Gehäuse mit einem Rohlufteinlass und einem Reinluftauslass, wobei zwischen Rohlufteinlass und Reinluftauslass ein Filterelement dichtend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Adsorbenspartikel aufweisendes Element an einer inneren Gehäusewandung des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Element innerhalb eines vorgegebenen Bewegungsspielraumes relativ zur Gehäusewandung schwingend beweglich ist.

2. Luftfilter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbenspartikel aufweisende Element ein Flachfilterelement mit einem zickzackförmig gefalteten Adsorbermedium ist.

3. Luftfilter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbenspartikel aufweisende Element ein flacher, im Wesentlichen plattenförmig geformter, schaumbasierter Filter ist.

4. Luftfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei im Wesentlichen gegenüberliegenden Umfangsseiten des Adsorbenspartikel aufweisenden Elementes ein wenigstens einmal geknicktes Seitenband angeordnet ist, wobei jeweils eine erste Fläche des Seitenbandes mit einer der Umfangsseiten des Elementes verbunden ist und eine zweite, durch wenigstens einen Knick von der ersten Fläche getrennte Fläche des Seitenbandes mit der Innenwandung des Gehäuses verbunden ist.

5. Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer Umfangsseite des Adsorbenspartikel aufweisenden Elementes ein wenigstens einmal geknicktes Seitenband angeordnet ist, wobei eine erste Fläche des Seitenbandes mit einer der Umfangsseiten des Elementes verbunden ist und eine zweite, durch wenigstens einen Knick von der ersten Fläche getrennte Fläche des Seitenbandes mit der Innenwandung des Gehäuses verbunden ist und wobei die gegenüberliegende Seite des Elementes durch ein im Gehäuse korrespondierend angeordnetes Gegenlager im Gehäuse gehalten ist.

6. Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbenspartikel aufweisende Element umfangsseitig von einem Rahmen umfangen ist, wobei der Rahmen über Federmittel mit der Innenwandung des Gehäuses verbunden ist.

7. Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbenspartikel aufweisende Element umfangsseitig von einem Rahmen umfangen ist, wobei der Rahmen über Federmittel mit einer im Inneren des Gehäuses angeordneten Hilfsstruktur verbunden ist.

8. Verfahren zur Desorption eines Adsorbenspartikel aufweisenden Elements in einem Luftfilter einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Element im Nebenschluss zu einem durchströmten Filterelement, welches eine Reinseite dichtend von einer Rohseite trennt, angeordnet ist, und dass das Adsorbenspartikel aufweisende Element im Betrieb der Brennkraftmaschine durch die Pulsation der angesaugten Luft in Schwingung versetzt wird, wodurch eine Luftströmung durch das Element induziert wird und die im Stillstand der Brennkraftmaschine adsorbierten unverbrannten Kohlenwasserstoffe mittels der Luftströmung aus dem Element desorbiert werden.