DE202006007096U1

DE202006007096U1 - Adsorbereinheit im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE202006007096U1
Application number: DE200620007096
Authority: DE
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2016-05-03

Abstract

Adsorbereinheit im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zur Adsorption von Produkten einer unvollständigen Verbrennung wie Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbereinheit (8) mindestens zwei als Gleichteile ausgeführte Adsorberteile (9, 10, 14, 15) umfasst, die zu einer hohlzylindrischen Adsorberhülse mit axialem Strömungsweg zusammen zu setzen sind und über einen axialen Teilabschnitt des Ansaugtrakts (2) eine in Umfangsrichtung zumindest annähernd geschlossene Wandung bilden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Adsorbereinheit im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In Patent Abstracts of Japan JP-2001263177 A wird ein Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine mit darin integriertem Luftfilter beschrieben, der von der angeströmten Verbrennungsluft durchströmt wird, die nach der Filtrierung stromab des Luftfilters den Zylindereinlässen der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Um zu verhindern, dass nach dem Abstellen des Motors Kraftstoffdämpfe über geöffnete Einlassventile in den Ansaugtrakt zurückströmen und versehentlich in die Atmosphäre entlassen werden, sind zwischen Luftfilter und Zylindereinlass im Ansaugtrakt Adsorptionseinheiten angeordnet, an denen die Kraftstoffdämpfe adsorbieren sollen. Diese Adsorptionseinheiten sind als gebogene Fortsätze ausgeführt, die an der Innenwandung der Ansaugleitung verschwenkbar gehalten sind und zwischen einer Funktionsstellung, in der die Fortsätze in den Strömungsweg einragen, und einer Außerfunktionsstellung zu verschwenken sind, in der die Fortsätze aus dem Strömungsweg herausgeschwenkt sind und an der Innenwandung der Ansaugleitung anliegen. Durch eine Beschichtung der Adsorptionsfortsätze beispielsweise mit Aktivkohle kann hierdurch eine Reduzierung von Kohlenwasserstoffemissionen erzielt werden, die sich von der Brennkraftmaschine ausgehend in den Ansaugtrakt ausbreiten. Nachteilig bei dieser Ausführung ist aber der verhältnismäßig hohe konstruktive Aufwand, der erforderlich ist, um die Adsorptionsfortsätze zwischen ihrer Funktionsposition und ihrer Außerfunktionsposition zu verschwenken.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Emissionen von Brennkraftmaschinen zu reduzieren, die insbesondere nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine über die Zylindereinlässe ausströmen und sich über den Ansaugtrakt ausbreiten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. Die erfindungsgemäße Adsorbereinheit ist im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet und dient zur Adsorption von Emissionen der Brennkraftmaschine, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, wobei die Adsorbereinheit mindestens zwei idealerweise als Gleichteile ausgeführte Adsorberteile umfasst, die zu einer Adsorberhülse bzw. einer hohlzylindrischen Adsorbereinheit zusammenzusetzen sind. Die Adsorberteile erstrecken sich über einen axialen Teilabschnitt im Ansaugtrakt, wobei die zusammengesetzten Adsorberteile über diesen Teilabschnitt eine in Umfangsrichtung zumindest annähernd geschlossene Wandung bilden. Diese Wandung, die von den Adsorberteilen gebildet ist, begrenzt den Strömungsweg in Radialrichtung. In Axialrichtung ist dagegen der Strömungsweg frei von die Strömung hindernden Bauteilen, so dass im regulären Betrieb die aus der Umgebung angesaugte Verbrennungsluft ohne Strömungsbeeinträchtigung in Richtung Brennkraftmaschine strömen kann. Die nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine eventuell über den Ansaugtrakt zurückdiffundierenden Kohlenwasserstoffe strömen axial in die Adsorbereinheit ein und werden an der radialen Innenwandung der Adsorberteile adsorbiert. Da die abgeschaltete Brennkraftmaschine keine Pumpenwirkung mehr entwickelt und demzufolge auch keine zielgerichtete Rückströmung im Sinne eines Strömungsfadens entsteht, sondern die Kohlenwasserstoffe sich lediglich diffus ausbreiten, ist diese Anordnung der Adsorbereinheit mit mehreren zu einer Adsorberhülse zusammengesetzten Adsorberteilen im Hinblick auf die Adsorptionswirkung grundsätzlich ausreichend. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine werden die Kohlenwasserstoffe durch die durchströmende Verbrennungsluft desorbiert.
Die Adsorberteilen sind als Gleichteile ausgeführt, wodurch eine kostengünstige Produktion in großen Stückzahlen möglich ist. Mindestens zwei Gleichteile werden zu der Adsorberhülse zusammengesetzt, beispielsweise im Falle axial getrennter Adsorberschalen zwei halbkreisförmige Adsorberschalen oder auch drei oder vier Adsorberschalen, die sich jeweils über einen Drittels- bzw. Viertelsumfang erstrecken. Möglich ist aber auch eine Aufteilung in mehrere axiale Adsorberteilhülsen, die radial getrennt sind und axial zur Adsorberhülse zusammengesetzt werden. Die zur Hülse zusammengesetzten Adsorberteile definieren einen axialen, hindernisfreien Strömungsweg, wobei die Innenwandung der Adsorberschalen die sich in Umfangsrichtung erstreckende Adsorptionsfläche bildet.
Die Adsorberteile können an unterschiedlichen Positionen innerhalb des Ansaugtrakts angeordnet werden. Beispielsweise können die Adsorberteile innerhalb einer Luftfiltereinheit angeordnet sein, die in den Ansaugtrakt integriert ist. In diesem Fall wird zweckmäßig ein ringförmiges Luftfilterelement verwendet, welches radial von außen nach innen von der herangeführten Verbrennungsluft zu durchströmen ist. Die Adsorberteile werden vorteilhaft an der Reinseite, also im zylindrischen Innenraum des ringförmigen Filterelementes platziert. Da dem Adsorptionsmedium in den Adsorberteilen keine Luftfilterfunktion zukommt, sondern nur eine Adsorptionsfunktion für rückdiffundierende Kohlenwasserstoffe, kann das Adsorptionsmedium mit einem entsprechend geringen Strömungswiderstand versehen sein, so dass die Luftströmung radial durch die Adsorberteile nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt ist. Die Innenwandung der Adsorberteile bildet die Adsorptionsfläche für die rückdiffundierenden Kohlenwasserstoffe.
Die Adsorptionsteile können aber auch zusätzlich oder alternativ stromab des Luftfilters in einer Ansaugleitung bzw. einem Ansaugkanal des Ansaugtraktes angeordnet werden.
Bei einer Rückdiffusion der Kohlenwasserstoffe, die aus dem Verbrennungsmotor stammen, erfolgt eine Adsorption an der Innenwandung der Adsorberteile. Im regulären Betrieb dagegen, also bei einer Strömungsführung der Verbrennungsluft in die Zylindereinlässe der Brennkraftmaschine hinein, wird dagegen eine Desorption der Verbrennungsrückstände an der Innenwandung der Adsorberteile durchgeführt, wodurch diese eine Regenerierung erfahren, um beim nächsten Stillstand der Brennkraftmaschine erneut Kohlenwasserstoffe zu adsorbieren.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung weist das Adsorberteil ein Stützgerüst und eine am Stützgerüst gehaltene Adsorbermatte auf, die die eigentliche Adsorberfunktion ausübt. Dem Stützgerüst kommt zum einen die Funktion zu, die Adsorbermatte in Position zu halten, da die Adsorbermatte in der Regel keine ausreichend hohe Eigenstabilität aufweist. Zum andern kann über das Stützgerüst das Adsorberteil an der Innenseite der Kanalwandung oder, bei einer Anordnung der Adsorberteile im Luftfilter, auf der Reinseite des Luftfilterelements befestigt werden. Die Befestigung der Adsorberschalen erfolgt vorteilhaft über das Stützgerüst mittels Verschweißens, Verrastens, Verklebens oder sonstiger Verbindungsmöglichkeiten bzw. -elemente.
Das Adsorptionsmaterial umfasst zweckmäßig Aktivkohle oder ein anderes Adsorbermaterial, das zur Aufnahme von Kohlenwasserstoffen geeignet ist und über das die Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftstoff der Brennkraftmaschine adsorbiert werden können. Infrage kommt beispielsweise ein flächiges Medium, ein Papier oder Vlies oder ein offenporiger Schaum mit Adsorbermaterial. Grundsätzlich können verschiedenste Träger für das Adsorbermaterial verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine, in deren Ansaugtrakt eine Luftfiltereinheit integriert ist, welche ein ringförmiges Luftfilterelement umfasst, wobei auf der Reinseite im Innenraum des Luftfilterelements eine aus mindestens zwei Adsorberschalen zusammengesetzte Adsorberhülse angeordnet ist, und wobei zusätzlich stromab des Luftfilterelementes im Ansaugtrakt eine weitere Adsorberhülse platziert ist,
2 eine aus zwei als Gleichteile ausgeführten Adsorberschalen zusammengesetzte Adsorberhülse zur Adsorption von Verbrennungsrückständen aus der Brennkraftmaschine,
3 eine Adsorberhülse in einer weiteren Ausführung, bei der zwei Adsorberteilhülsen axial zusammengesetzt werden.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Der in 1 dargestellten Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 – ein Ottomotor oder ein Dieselmotor – wird über den Ansaugtrakt 2 Verbrennungsluft zugeführt, der eine Luftfiltereinheit 4, eine sich an das Luftfilterelement anschließende Ansaugleitung 5 und einen Luftverteiler 6 umfasst, in den die Ansaugleitung 5 einmündet und über den die herangeführte Verbrennungsluft den Zylindereinlässen der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Abgasseitig werden die Abgase der Brennkraftmaschine über den Abgasstrang 3 abgeleitet.
Im Gehäuse der Luftfiltereinheit 4 ist ein ringförmiges Luftfilterelement 7 angeordnet, das radial von außen nach innen von der herangeführten Verbrennungsluft durchströmt wird, so dass die radiale Außenseite die Rohseite und der axiale Innenraum im Luftfilterelement 7 die Reinseite bildet. Die ungefilterte Verbrennungsluft wird an die radiale Außenseite des Luftfilterelementes 7 herangeführt, durchströmt das Luftfilterelement in Radialrichtung von außen nach innen und verlässt das Luftfilterelement über die Reinseite axial in Richtung Ansaugleitung 5.
Auf der Reinseite des Luftfilterelementes 7 ist eine Adsorbereinheit 8 angeordnet, die ein Adsorptionsmaterial für die Adsorption von Kohlenwasserstoffen (HC) aufweist, welche sich insbesondere nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine aus den Zylindern zurück in den Ansaugtrakt 2 ausbreiten können. Die Adsorbereinheit 8 verhindert, dass die Kohlenwasserstoffe versehentlich über den Ansaugtrakt 2 und die Luftfiltereinheit 4 mit dem Luftfilterelement 7 in die Atmosphäre entweichen. An der Oberfläche der Adsorbereinheit 8 werden die Kohlenwasserstoffe teilweise oder vollständig adsorbiert. Hierfür ist das Material der Adsorbereinheit, das beispielsweise als flächiges Medium wie Papier oder Vlies oder als offenporiger Schaum ausgebildet ist, mit einem geeigneten Material zur Adsorption von Kohlenwasserstoffen (Aktivkohle, Zeolithe) beschichtet bzw. durchsetzt.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 sind insgesamt zwei Adsorbereinheiten 8 im Ansaugtrakt 2 angeordnet. Eine erste Adsorbereinheit 8 befindet sich innerhalb der Luftfiltereinheit 4 auf der Reinseite des Luftfilterelementes 7, eine zweite Adsorbereinheit 8 ist stromab der Luftfiltereinheit 4 in der Ansaugleitung 5 angeordnet.
Der perspektivischen Darstellung nach 2 ist zu entnehmen, dass die Adsorbereinheit 8 aus zwei separaten, jedoch als Gleichteile ausgeführten Adsorberschalen 9 und 10 besteht, die jeweils halbkreisförmig ausgebildet sind und zu einer Adsorberhülse zusammengesetzt werden, deren axialer Innenraum einen Strömungsweg insbesondere für die Verbrennungsluft im regulären Motorbetrieb bildet. Über diesen axialen Strömungsweg im Innenraum der Adsorberhülse können sich bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor grundsätzlich auch die Kohlenwasserstoffe in Gegenrichtung ausbreiten und an den begrenzenden Innenwandungen des Adsorbermaterials absetzen, wo die Adsorption stattfindet. Dies gilt sowohl im Falle einer Anordnung der Adsorberhülse auf der Reinseite des Luftfilterelementes 7 als auch für die Positionierung in der Ansaugleitung 5. Da der axiale Innenraum in der Adsorberhülse Teil des Strömungsweges für die Verbrennungsluft ist, ist der Strömungswiderstand für die Verbrennungsluft in Achsrichtung nicht erhöht. Lediglich bei der Platzierung auf der Reinseite des Luftfilterelementes muss auch das Adsorbermaterial der Adsorberschalen in Radialrichtung von der herangeführten Verbrennungsluft durchströmt werden. Da aber das Adsorbermaterial primär keine Filterfunktion übernimmt, kann ein offenporiges Gewebe gewählt werden, das bei der radialen Durchströmung nur einen sehr geringen Strömungswiderstand aufweist.
Wie 2 weiter zu entnehmen, besteht jede Adsorberschale 9, 10 aus einem Stützgerüst 11 und einer von dem Stützgerüst getragenen Adsorbermatte 12. Das Stützgerüst 11 besteht vorteilhaft aus Kunststoff und weist axiale Trägerschienen und hiervon verzweigende, sich in Umfangsrichtung erstreckende Trägerarme auf. Zweckmäßig befindet sich das Stützgerüst 11 auf der radialen Außenseite jeder Adsorberschale 9, 10, was die Befestigung der Adsorberschalen an der Innenwandung der Ansaugleitung 5 bzw. der radialen Innenwandung des Luftfilterelementes 7 erleichtert, weil dadurch eine unmittelbar Verbindung zwischen dem Stützgerüst 11 und dem radial außen umgebenden Bauteil gegeben ist. Gegebenenfalls kommt aber auch eine Anordnung des Stützgerüsts auf der radialen Innenseite der Adsorberteile in Betracht.
Die beiden Adsorberschalen 9 und 10 werden vor der Montage in den Ansaugtrakt 2 zusammengefügt. Dies erfolgt beispielhaft, wie in 2 dargestellt, mithilfe von Verbindungselementen 13, die beispielsweise als Klammern ausgebildet sind. Infrage kommt aber auch ein Verschweißen, beispielsweise ein Reib- oder Spiegelschweißen zwischen den Adsorberschalen, insbesondere zwischen den jeweiligen Stützgerüsten, oder sonstige kraft-, stoff- oder reibschlüssige Verbindungen.
Die beschriebene, hohlzylindrische Adsorbereinheit 8 lässt sich in kostengünstiger Weise aus einzelnen Adsorberschalen herstellen und zusammensetzen. Die Adsorberschalen sind untereinander als Gleichteile ausgeführt, wobei mindestens zwei Adsorberschalen zu einer Adsorbereinheit zusammengesetzt werden. Gegebenenfalls kommt auch eine höhere Anzahl an Adsorberschalen in Betracht, die sich dann allerdings über einen reduzierten Winkelumfang erstrecken.
Beispielsweise erstrecken sich im Falle von drei zusammenzusetzenden Adsorberschalen diese jeweils über einen Winkelbereich von 120°, im Falle von vier zusammenzusetzenden Adsorberschalen beträgt der Winkelbereich 90°.
Im Ausführungsbeispiel nach 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Adsorbereinheit 8 dargestellt, die aus zwei einzelnen Adsorberteilhülsen 14 und 15 axial zusammengesetzt ist, wobei die Adsorberteilhülsen 14 und 15 als Gleichteile ausgeführt sind. Gegebenenfalls kann die Adsorbereinheit 8 auch aus mehr als zwei Adsorberteilhülsen zusammengesetzt werden. Die Adsorberteilhülsen 14 und 15 sind mittels der Verbdinungselemente 13 aneinandergehalten. Jede Adsorberteilhülse 14 bzw. 15 ist als hohlzylindrisches Adsorberelement ausgeführt, bestehend aus der Adsorbermatte 12, die das Adsorbermaterial enthält, und dem Stützgerüst 13, an dem die Adsorbermatte 12 befestigt ist.

Claims

Adsorbereinheit im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zur Adsorption von Produkten einer unvollständigen Verbrennung wie Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorbereinheit (8) mindestens zwei als Gleichteile ausgeführte Adsorberteile (9, 10, 14, 15) umfasst, die zu einer hohlzylindrischen Adsorberhülse mit axialem Strömungsweg zusammen zu setzen sind und über einen axialen Teilabschnitt des Ansaugtrakts (2) eine in Umfangsrichtung zumindest annähernd geschlossene Wandung bilden.
Adsorbereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorberteile (9, 10, 14, 15) miteinander verbunden sind, insbesondere miteinander verschweißt oder über Verbindungselemente (13) verbunden sind.
Adsorbereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorberteil (9, 10, 14, 15) ein Stützgerüst (11) und eine am Stützgerüst (11) gehaltene Adsorbermatte (12) umfasst.
Adsorbereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgerüst (11) auf der dem Strömungsweg abgewandten Außenseite der Adsorberteile (9, 10, 14, 15) angeordnet ist.
Adsorbereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmaterial Aktivkohle zur Adsorption von Kohlenwasserstoffen (HC) enthält.
Adsorbereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorberteile als Adsorberschalen (9, 10) ausgebildet sind, die sich jeweils über ein Segment der Adsorberhülse erstrecken.
Adsorbereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorberteile als Adsorberteilhülsen (14, 15) ausgebildet sind, die jeweils hohlzylindrisch ausgebildet sind und axial zusammensetzbar sind.
Luftfiltereinheit im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine mit einer Adsorbereinheit (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Luftfiltereinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Luftfiltereinheit (4) ein ringförmiges, radial zu durchströmendes Luftfilterelement (7) angeordnet ist, wobei die Adsorberteile (9, 10, 14, 15) auf der Reinseite des Luftfilterelements (7) angeordnet sind.
Ansaugleitung im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine mit einer Adsorbereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Adsorberteile (9, 10, 14, 15) an der Innenwandung einer Ansaugleitung (5) befestigt sind.
Ansaugleitung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorberteile (9, 10, 14, 15) stromab des Luftfilterelements (7) in der Ansaugleitung (5) angeordnet sind.