DE10316652A1

DE10316652A1 - Luftfilter für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10316652A1
Application number: DE10316652A
Authority: DE
Inventors: Hanno Jelden; Piet-Christiaan Mussert; Axel Grüning; Alexander Hettich
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-04-12
Also published as: DE10316652B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Luftfilter einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, der ein Gehäuse (10) mit einer Rohluftöffnung (12) zum Einströmen von Rohluft (14) in den Luftfilter sowie eine Reinluftöffnung (16) zum Abströmen von Reinluft (18) aus dem Luftfilter aufweist, wobei im Gehäuse (10) in einem Strömungsweg zwischen Rohluftöffnung (12) und Reinluftöffnung (16) eine Filterpatrone (20) angeordnet ist und an einer geodätisch tiefsten Stelle (26) des Gehäuses (10) eine Entwässerungsöffnung (28) angeordnet ist. Hierbei ist im Gehäuse (10) über der Entwässerungsöffnung (28) ein Deckel (40) angeordnet, welcher eine Fluidverbindung zwischen Gehäuse (10) und Entwässerungsöffnung (28) herstellt sowie die Entwässerungsöffnung (28) derart überspannt, daß er eine sich aufgrund von durch die Entwässerungsöffnung (28) in das Gehäuse (10) einströmende Luft (38) ergebende Wasserfontäne (36) zurückhält.

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftfilter einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, der ein Gehäuse mit einer Rohluftöffnung zum Einströmen von Rohluft in den Luftfilter sowie eine Reinluftöffnung zum Abströmen von Reinluft aus dem Luftfilter aufweist, wobei im Gehäuse in einem Strömungsweg zwischen Rohluftöffnung und Reinluftöffnung eine Filterpatrone angeordnet ist und an einer geodätisch tiefsten Stelle des Gehäuses eine Entwässerungsöffnung angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 3.

Bei einem beispielsweise aus DE 196 04 352 A1 bekannten Luftfilter für Brennkraftmaschinen der o.g. Art stellt mit der Rohluft in das Gehäuse eindringendes Wasser ein Problem dar, da die Gefahr besteht, daß die Filterpatrone durchnäßt und im ungünstigsten Fall auf der Reinluftseite der Filterpatrone Wassertröpfchen in einen Reinluftbereich eindringen, in dem beispielsweise ein Luftmassenmesser angeordnet ist. Kommt dieser in Berührung mit Wassertröpfchen, so arbeitet dieser Luftmassenmesser nicht mehr korrekt und liefert falsche Werte, worauf ein funktionssicherer Betrieb der Brennkraftmaschine nicht mehr gewährleistet ist. Deshalb ist in dem Gehäuse des Luftfilters eine Entwässerungsöffnung vorgesehen, damit in das Gehäuse mit der Rohluft eingedrungenes Wasser aus dem Gehäuse heraus ablaufen kann. Dieser Ablauf funktioniert jedoch nur bis zu einer gewissen Mengen an pro Zeiteinheit eindringendem Wasser und dies auch nur für eine begrenzte Zeitspanne. Versuche haben gezeigt, daß bei einem Luftdurchsatz von 300 kg/h und einer eindringenden Wassermenge von 1,2l in 5 min der Luftmassenmesser nach ca. 3,5 min ein Fehlersignal erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt war die Filterpatrone durchnäßt und Wassertröpfchen in die Reinluftseite der Filterpatrone durchgeschlagen.

Aus der DE 197 48 717 A1 ist eine Einrichtung zum Vermeiden des Wassereintritts in ein Luftfiltergehäuse bekannt. Diese Einrichtung wird im Strömungsweg vor dem eigentlichen Luftfilter angeordnet und scheidet Wasser aus der Rohluft ab, bereits bevor diese in das Gehäuse des eigentlichen Luftfilters eintritt. Die Wasserabscheidung funktioniert mittels eines Beruhigungsraumes, in dem eine Prallwand angeordnet ist, die zur Verbesserung der Abscheidung von Wasser an ihrer Unterseite zu einer Luftansaugöffnung hin abgewinkelt ist. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß zusätzlicher Bauraum für den Wasserabscheider benötigt wird, der häufig im Motorraum nicht mehr zur Verfügung steht.

Die DE 197 37 545 A1 beschreibt eine Ansaugeinrichtung für eine Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen. Hierbei ist einer Luftfiltereinrichtung ein mittels einer Bypaßklappe verschließbarer Bypaß zugeordnet, der in Abhängigkeit eines Ansteigens eines Unterdruckes vor der Luftfiltereinrichtung öffnet. Zwischen Luftfiltereinrichtung und Einlaß für Rohluft ist eine Schalteinrichtung für die Bypaßklappe angeordnet, die in Abhängigkeit vom Ansteigen des Unterdruckes über eine definierte Schaltschwelle die Bypaßklappe öffnet. Stromauf des Gehäuses der Luftfiltereinrichtung ist ein Gitter vorgesehen, welches zum Abscheiden von Flugschnee in der Rohluft dient. Ein sich ggf. an diesem Gitter bildendes Tau- bzw. Kondenswasser läuft über eine Auslaßöffnung in ein Reservoir ab, welches über ein Entenschnabelventil entleert wird, wenn ein bestimmter Pegel überschritten wird. Hierdurch kann das Tau- bzw. Kondenswasser in einem unkritischen Bereich der Ansaugeinrichtung entsorgt werden. Das Ventil verhindert das Einziehen von Nebenluft in die Ansaugleitung.

Aus WO 01/18379 ist ein Luftfilter mit Filtergehäuse und Wasserablauf bekannt, wobei zum Ausfällen von Wasserpartikeln aus der Ansaugluft und optimalen Abführen des ausgeschiedenen Wassers aus dem Filtergehäuse ein Wasserabscheider im Filtergehäuse stromaufwärts einer Filtermatte angeordnet ist. In dem Wasserablauf sind Mittel vorgesehen, welche in dem Wasserablauf einen Wasserfüllstand von einer solchen Höhe ausbilden, daß der im Filtergehäuse auf den Wasserstand wirkende Unterdruck kompensiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Luftfilter der obengenannten Art bzgl. der Funktionssicherheit bei mit Wasser beladener Rohluft zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Luftfilter der o.g. Art mit den in Anspruch 1 bzw. 3 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß im Gehäuse über der Entwässerungsöffnung eine dachförmige oder deckelartige Kappe angeordnet ist, welche eine Fluidverbindung zwischen Gehäuse und Entwässerungsöffnung herstellt sowie die Entwässerungsöffnung derart überspannt, daß diese Kappe eine sich aufgrund von durch die Entwässerungsöffnung in das Gehäuse einströmende Luft ergebende Wasserfontäne zurückhält.

Dies hat den Vorteil, daß ein Spritzschutz für die Filterpatrone gegeben ist, so daß der Luftfilter auch bei hohem Wasseranteil in der in das Gehäuse einströmenden Rohluft über lange Zeit seine Funktion sicher beibehält und ein Durchfeuchten der Filterpatrone und damit ein Durchdringen von Wassertröpfchen in die Reinluftöffnung wirksam vermieden ist.

Zum Bestimmen eines Luftdurchsatzes ist stromab der Reinluftöffnung ein Luftmassenmesser vorgesehen.

In einer alternativen Ausführungsform ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die erste Entwässerungsöffnung mit einem Wasserkanal verbunden ist, welcher die erste Entwässerungsöffnung mit einem außerhalb des Gehäuses angeordneten, ersten Wasserbehälter verbindet, welcher seinerseits eine zweite Entwässerungsöffnung aufweist.

Dies hat den Vorteil, daß durch Kapillarkräfte in dem Wasserkanal zwischen Entwässerungsöffnung und dem ersten Wasserbehälter ein Ablaufen des Wassers und Sammeln im ersten Wasserbehälter realisiert ist, so daß eine Ansammlung von Wasser zu einem See innerhalb des Gehäuses wirksam vermieden ist. Dadurch ergibt sich ein Spritzschutz für die Filterpatrone, so daß der Luftfilter auch bei hohem Wasseranteil in der in das Gehäuse einströmenden Rohluft über lange Zeit seine Funktion sicher beibehält und ein Durchfeuchten der Filterpatrone und damit ein Durchdringen von Wassertröpfchen in die Reinluftöffnung wirksam vermieden ist.

Ein Mindestwasserspiegel innerhalb des Wasserbehälters wird dadurch sichergestellt, daß die zweite Entwässerungsöffnung derart dimensioniert ist, daß Wasser aus dem ersten Wasserbehälter erst dann abläuft, wenn ein Wasserpegel innerhalb des ersten Wasserbehälters eine vorbestimmte Schwelle übersteigt. Hierdurch wirkt ein Druck aufgrund einer Wassersäule innerhalb des ersten Wasserbehälters einem Unterdruck innerhalb des Gehäuses entgegen, so daß eine Rückströmung von Luft durch die erste Entwässerungsöffnung in das Gehäuse wirksam vermieden ist.

Zum zusätzlichen Verstärken des Kapillareffektes weist die erste Entwässerungsöffnung einen größeren Durchmesser auf als der Wasserkanal.

Einen mäanderförmigen Wasserablauf mit entsprechender Wassersäule zur Kompensation eines Unterdruckes in dem Gehäuse des Luftfilters erzielt man dadurch, daß ein zweiter Wasserbehälter vorgesehen ist, in den der erste Wasserbehälter eintaucht.

Beispielsweise ist der Wasserkanal als Wasserablaufschlauch ausgebildet.

Um einen möglichst geringen Bauraumbedarf bei ausreichender Länge des Wasserkanals für den Kapillareffekt zu erzielen, verläuft der Wasserkanal zwischen erster Entwässerungsöffnung und erstem Wasserbehälter Z-förmig.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Entwässerungsöffnung einen Durchmesser von 44mm und der Wasserkanal einen Durchmesser von 30mm auf.

Zum sicheren Verhindern einer Wasseransammlung bzw. Seebildung innerhalb des Gehäuses des Luftfilters beträgt ein Abstand von Unterkante der ersten Entwässerungsöffnung bis Unterkante des ersten Wasserbehälters 190mm.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen in
1 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftfilters in schematischer Schnittansicht,
2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftfilters in schematischer Schnittansicht und
3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftfilters in schematischer Schnittansicht Die aus 1 ersichtliche, erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftfilters umfaßt ein Gehäuse 10 mit einer Rohluftöffnung 12, über die Rohluft 14 in das Gehäuse 10 eintritt, und mit einer Reinluftöffnung 16, über die gefilterte Reinluft 18 aus dem Gehäuse 10 austritt. In dem Strömungsweg der Luft von Rohluftöffnung 12 zur Reinluftöffnung 16 ist eine Filterpatrone 20 angeordnet, welche das Gehäuse 10 in eine Rohluftseite 22 und eine Reinluftseite 24 teilt. An einer geodätisch am tiefsten liegenden Seite 26 des Gehäuses 10 bzw. an einer geodätisch am tiefsten liegenden Stelle des Gehäuses 10 ist eine erste Entwässerungsöffnung 28 angeordnet, über die mit der Rohluft 14 in das Gehäuse 10 eintretendes Wasser 30 ablaufen kann. Ausgehend von der Rohluftöffnung 12 ist ein Rohr 32 zum Führen der angesaugten Rohluft gegen eine der Rohluftöffnung 12 gegenüberliegenden Seite 34 des Gehäuses vorgesehen. Dadurch, daß das Rohr 32 die angesaugte Rohluft 14 auf die Seite 34 des Gehäuses 10 prallen läßt, kommt es an dieser Stelle im wesentlichen zu einer Trennung von Rohluft 14 und Wasser 30, so daß das Wasser 30 im wesentlichen unter Einfluß der Schwerkraft in Richtung der Unterseite 26 des Gehäuses 10 abgeleitet wird. Stromab der Reinluftöffnung 16 ist ein Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM) 35 angeordnet.
Im Betrieb kommt es bei stark mit Wasser 30 beladener, angesaugter Rohluft 14, hohem Luftdurchsatz und entsprechendem Unterdruck im Gehäuse 10 zur Bildung eines Sees unterhalb des Rohres 32. Dies führt unter anderem dazu, daß am Ende des Rohres 32 das Wasser 30 nicht mehr vollständig abgeschieden sondern teilweise in Richtung Filterpatrone 20 mitgerissen wird. Zusätzlich kann es durch Ansaugen von Nebenluft 38 über die erste Entwässerungsöffnung in das Gehäuse 10 hinein zu einer Art Springbrunnen 36 bzw. Wasserfontäne oberhalb der ersten Entwässerungsöffnung 28 kommen, wie in 1 schematisch angedeutet.
Um zu verhindern, daß dieser Springbrunnen 36 die Filterpatrone 20 durchnäßt, ist oberhalb der ersten Entwässerungsöffnung 28 eine Kappe 40 angeordnet, welche die erste Entwässerungsöffnung 28 derart überspannt, daß diese die erste Entwässerungsöffnung 28 und damit den Springbrunnen 36 von der Filterpatrone 20 abschirmt. Versuche haben ergeben, daß bei einem Luftdurchsatz von 300 kg/h und einer Wassermenge von 1,2 l pro 5 min die Filterpatrone nach 15 min noch trocken ist.
In 2 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 versehen, so daß zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 verwiesen wird. Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 2 ist die erste Entwässerungsöffnung erweitert ausgebildet und mündet in einen bzgl. der ersten Entwässerungsöffnung 28 schmaleren Wasserkanal 42, welcher in einen ersten Wasserbehälter 44 mündet. Der erste Wasserbehälter 44 weist an seiner Unterseite eine zweite Entwässerungsöffnung 46 auf, welche derart dimensioniert ist, daß erst über einem bestimmten Pegelstand des Wassers 30 im ersten Wasserbehälter 44 das Wasser 30 über die zweite Entwässerungsöffnung 46 entgegen dem Unterdruck im Gehäuse 10 abläuft. Hierdurch ist immer ein gewisser Mindestpegelstand des Wassers 30 im ersten Wasserbehälter 44 gewährleistet, der einem Unterdruck im Gehäuse 10 entgegenwirkt. Durch den sich mittels des Wasserkanals 42 einstellenden Kapillareffekt ist gewährleistet, daß es zu keiner Seebildung innerhalb des Gehäuses 10 kommt, sondern statt dessen das Wasser 30 immer in den ersten Wasserbehälter abläuft. Wenn sich ein Springbrunnen 36 ergibt, dann allenfalls innerhalb des ersten Wasserbehälters 44 und somit weit weg von der Filterpatrone 20 und ohne die Gefahr, daß die Filterpatrone 20 durch den Springbrunnen 26 durchfeuchtet wird.
Der Wasserkanal 42 ist zur Bauraumeinsparung Z-förmig ausgebildet und weist beispielhaft einen Durchmesser von 30 mm auf. Ein Abstand 50 zwischen einer Unterseite der erweiterten ersten Entwässerungsöffnung 28 und einer Unterseite des ersten Wasserbehälters 44 beträgt beispielhaft 190 mm. Ein Abstand 52 zwischen einer Ober- und Unterseite des ersten Wasserbehälters 44 beträgt beispielhaft 100 mm.
Versuche haben ergeben, daß bei einem Luftdurchsatz von 400 kg/h und einer Wassermenge von 1,2 l pro 5 min der HFM 35 auch nach 15 min noch kein Fehlersignal zeigt und die Filterpatrone lediglich an der Rohluftseite 22 leicht feucht ist. Bei einem Luftdurchsatz von 510 kg/h und einer Wassermenge von 1,2 l pro 5 min gibt der HFM 35 nach 3,2 min ein Fehlersignal ab und die Filterpatrone 20 war durchnäßt.
In 3 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 und 2 versehen, so daß zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der 1 und 2 verwiesen wird. Zusätzlich zur Ausführungsform gemäß 2 taucht bei der dritten Ausführungsform gemäß 3 der erste Wasserbehälter 44 in einen zusätzlichen, oben offenen zweiten Wasserbehälter 54 ein. Hierdurch entsteht eine Wassersäule um den ersten Wasserbehälter 44 herum, welche einem Unterdruck im Gehäuse 10 derart entgegenwirkt, daß ein Rückfluß von Nebenluft durch den ersten Wasserbehälter 44 und den Wasserkanal 42 hindurch in das Gehäuse 10 hinein vollkommen verhindert ist.
Bei Versuchen mit einem Luftdurchsatz von 300 kg/h für 5 min und anschließend 510 kg/h für 25 min und einer Wassermenge von mindestens 1,2 l pro 5 min, wobei das abgeschiedene Wasser sofort wieder über die Rohluftöffnung 12 zugeführt wurde, ergab sich auch nach 30 min kein Fehlersignal am HFM 35 und die Filterpatrone 20 zeigte sich nur an einer Stelle leicht durchnäßt. Dies veranschaulicht eindrucksvoll die wirksame Wasserabscheidung und Wasserrückhaltung durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Luftfilter ohne zusätzlichen, bzgl. des Luftfilters externen Wasserabscheider.

10: Gehäuse
12: Rohluftöffnung
14: Rohluft
16: Reinluftöffnung
18: Reinluft
20: Filterpatrone
22: Rohluftseite
24: Reinluftseite
26: geodätisch am tiefsten liegende Seite des Gehäuses/Unterseite
28: erste Entwässerungsöffnung
30: Wasser
32: Rohr
34: der Rohluftöffnung gegenüberliegenden Seite des Gehäuses
35: Heißfilm-Luftmassenmesser (HFM)
36: Springbrunnen
38: Nebenluft
40: Kappe
42: Wasserkanal
44: erster Wasserbehälter
46: zweite Entwässerungsöffnung
48: Durchmesser Wasserkanal
50: Abstand zwischen einer Unterseite der erweiterten ersten
: Entwässerungsöffnung und einer Unterseite des ersten Wasserbehälters
52: Abstand zwischen Ober- und Unterseite des ersten Wasserbehälters
54: zweiter Wasserbehälter

Claims

Luftfilter einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, der ein Gehäuse (10) mit einer Rohluftöffnung (12) zum Einströmen von Rohluft (14) in den Luftfilter sowie eine Reinluftöffnung (16) zum Abströmen von Reinluft (18) aus dem Luftfilter aufweist, wobei im Gehäuse (10) in einem Strömungsweg zwischen Rohluftöffnung (12) und Reinluftöffnung (18) eine Filterpatrone (20) angeordnet ist und an einer geodätisch tiefsten Stelle (26) des Gehäuses (10) eine Entwässerungsöffnung (28) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (10) über der Entwässerungsöffnung (28) eine Kappe (40) angeordnet ist, welche eine Fluidverbindung zwischen Gehäuse (10) und Entwässerungsöffnung (28) herstellt sowie die Entwässerungsöffnung (28) derart überspannt, daß diese Kappe (40) eine sich aufgrund von durch die Entwässerungsöffnung (28) in das Gehäuse (10) einströmende Luft (38) ergebende Wasserfontäne (36) zurückhält.
Luftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der Reinluftöffnung (16) ein Luftmassenmesser (35) vorgesehen ist.
Luftfilter einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, der ein Gehäuse (10) mit einer Rohluftöffnung (12) zum Einströmen von Rohluft (14) in den Luftfilter sowie eine Reinluftöffnung (16) zum Abströmen von Reinluft (18) aus dem Luftfilter aufweist, wobei im Gehäuse (10) in einem Strömungsweg zwischen Rohluftöffnung (12) und Reinluftöffnung (18) eine Filterpatrone (20) angeordnet ist und an einer geodätisch tiefsten Stelle (26) des Gehäuses (10) eine erste Entwässerungsöffnung (28) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Entwässerungsöffnung (28) mit einem Wasserkanal (42) verbunden ist, welcher die erste Entwässerungsöffnung (28) mit einem außerhalb des Gehäuses (10) angeordneten ersten Wasserbehälter (44) verbindet, welcher seinerseits eine zweite Entwässerungsöffnung (46) aufweist.
Luftfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Entwässerungsöffnung (28) derart dimensioniert ist, daß Wasser (30) aus dem ersten Wasserbehälter (44) erst dann abläuft, wenn ein Wasserpegel innerhalb des ersten Wasserbehälters (44) eine vorbestimmte Schwelle übersteigt.
Luftfilter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Entwässerungsöffnung (28) einen größeren Durchmesser aufweist als der Wasserkanal (42).
Luftfilter nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Wasserbehälter (54) vorgesehen ist, in den der erste Wasserbehälter (44) eintaucht.
Luftfilter nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkanal (42) als Wasserablaufschlauch ausgebildet ist.
Luftfilter nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserkanal (42) zwischen erster Entwässerungsöffnung (28) und erstem Wasserbehälter (44) Z-förmig verläuft.
Luftfilter nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Entwässerungsöffnung (28) einen Durchmesser von 44mm und der Wasserkanal (42) einen Durchmesser von 30mm aufweist.
Luftfilter nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand (50) von Unterkante erste Entwässerungsöffnung (28) bis Unterkante des ersten Wasserbehälters (44) 190mm beträgt.
Luftfilter nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß stromab der Reinluftöffnung (16) ein Luftmassenmesser (35) vorgesehen ist.