DE102010006556B4 - Air filter of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Luftfilter eines Verbrennungsmotors, umfassend ein Filtergehäuse (1) mit einem Gehäuseunterteil (2) und mit einem lösbar daran befestigten Gehäusedeckel (3), sowie einen im Filtergehäuse (1) angeordneten Filtereinsatz (4), wobei in das Filtergehäuse (1) ein bezogen auf eine Durchströmungsrichtung (5) eingangsseitiger Zyklonvorabscheider (6) integriert ist, wobei dem Zyklonvorabscheider (6) ein Schaumvorabscheider (7) nachgeschaltet ist, und der Filtereinsatz (4) dem Schaumvorabscheider (7) nachgeschaltet ist, wobei ein Filterelement (8) des Filtereinsatzes (4) aus sternförmig gefaltetem Filtermaterial (9) gebildet ist und der Schaumvorabscheider (7) den Filtereinsatz (4) ringförmig umgibt und mit dem Filtereinsatz (4) zu einer zur gemeinsamen Auswechslung vorgesehenen Baueinheit integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklonvorarbscheider (6) zylindrisch aufgebaut ist und sich derart entlang einer Längsachse (23) erstreckt, die tangential zur Längsachse des Filtereinsatzes mit radialem Abstand verläuft, dass der aus dem Zyklonvorabscheider (6) austretende, vorgereinigte Luftstrom tangential unter Vermeidung einer direkten radialen Anströmung in den Innenraum des Filtergehäuses (1) eingeleitet wird, der den Filtereinsatz (4) umgibt.Air filter of an internal combustion engine, comprising a filter housing (1) with a housing lower part (2) and with a detachably attached housing cover (3), and a filter housing (1) arranged in the filter cartridge (4), wherein in the filter housing (1) based on a flow-through direction (5) on the input side Zyklonvorabscheider (6) is integrated, wherein the Zyklonvorabscheider (6) a Schaumvorabscheider (7) is connected downstream, and the filter insert (4) the Schaumvorabscheider (7) is connected downstream, wherein a filter element (8) of the filter insert ( 4) is formed from star-shaped folded filter material (9) and the Schaumvorabscheider (7) surrounds the filter element (4) annular and integrated with the filter element (4) to a unit provided for common replacement, characterized in that the Zyklonvorarbscheider (6) is cylindrical and extends along a longitudinal axis (23), which is tangential to the longitudinal axis of the filter Run nsatzes with a radial distance that the exiting from the Zyklonvorabscheider (6), pre-cleaned air flow is introduced tangentially while avoiding a direct radial flow into the interior of the filter housing (1) surrounding the filter cartridge (4).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft einen Luftfilter eines Verbrennungsmotors der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to an air filter of an internal combustion engine of the type specified in the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Die Ansaugluft eines Verbrennungsmotors wird durch einen Luftfilter geleitet, um Schäden infolge von Staubeintrag oder dergleichen in den Verbrennungsmotor zu vermeiden. In typischen Bauformen solcher Luftfilter ist ein Filtergehäuse mit einem Gehäuseunterteil und mit einem lösbar daran befestigten Gehäusedeckel vorgesehen, wobei im Filtergehäuse ein Filtereinsatz angeordnet ist. Der vom Ansaugluftstrom durchströmte Filtereinsatz hält mitgeführte Staubpartikel zurück, die sich im Inneren oder an der Außenseite des Filtermaterials absetzen. Mit steigendem Verschmutzungsgrad steigt auch der Durchströmungswiderstand des Filtereinsatzes, so dass in bestimmten Zeitintervallen oder bei Erreichen eines bestimmten Verschmutzungsgrades der Filtereinsatz auszutauschen ist. Hierzu kann der Gehäusedeckel geöffnet, der Filtereinsatz entnommen und ausgetauscht werden. Aus der
Unter bestimmten Betriebsbedingungen mit hoher Staubbelastung der Umgebungsluft kann es vorkommen, dass herkömmliche Filterkonstruktionen unzureichend sind, und sich das Filtermaterial zu schnell zusetzt. Abhilfe kann hier ein Vorabscheider schaffen, der gröbere Schmutzanteile zurückhält und damit die Lebensdauer des Filtereinsatzes erhöht. Hierfür ist jedoch zusätzlicher Bauraum erforderlich, der nicht immer gegeben ist. Beispielsweise bei Baumaschinen und insbesondere bei Bodenbearbeitungsmaschinen wie Bodenverdichtern oder dergleichen ist für eine gute manuelle Handhabbarkeit der Maschine eine kompakte Bauform erforderlich, die dennoch bei einer einsatzbedingten hohen Luftbelastung durch Staub oder dergleichen eine hohe Filtrierwirksamkeit bei langen Wartungsintervallen aufweist.Under certain conditions of high ambient dust levels, conventional filter designs may be inadequate and the filter material may become too clogged. The remedy here can be to create a pre-separator, which retains coarser dirt particles and thus increases the service life of the filter insert. For this purpose, however, additional space is required, which is not always given. For example, in construction machines and especially in tillage machines such as soil compactors or the like, a compact design is required for good manual handling of the machine, which nevertheless has a high filtering efficiency at long maintenance intervals at a high air loading by dust or the like due to use.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Luftfilter derart weiterzubilden, dass eine kompakte Bauform bei hoher Wirksamkeit erzielt ist.The present invention has the object of developing a generic air filter such that a compact design is achieved with high efficiency.
Diese Aufgabe wird durch einen Luftfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an air filter with the features of
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird ein Luftfilter eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, bei dem in das Filtergehäuse ein bezogen auf die Durchströmungsrichtung eingangsseitiger Zyklonvorabscheider insbesondere einteilig integriert ist, wobei dem Zyklonvorabscheider ein Schaumvorabscheider nachgeschaltet ist, und wobei der Filtereinsatz dem Schaumvorabscheider nachgeschaltet ist. Demnach findet eine dreistufige Filtrierung statt, wobei der Reihenfolge nach zunächst gröbere Partikel im Zyklonvorabscheider, mittelgroße Partikel im Schaumvorabscheider und feine Partikel im Filtereinsatz aus dem durchtretenden Ansaugluftstrom abgeschieden bzw. zurückgehalten werden. Die Integration des Zyklonvorabscheiders in das Filtergehäuse und die dreistufige Filtrierung erlauben eine besonders kompakte Bauform des Luftfilters. Diese wird dadurch unterstützt, dass alle drei Filter bzw. Abscheider zielgerichtet auf eine bestimmte Bandbreite von Partikelgrößen ausgelegt werden können. Der Zyklonvorabscheider braucht systembedingt keine Wartung, da seine Abscheidewirkung über die gesamte Lebensdauer erhalten bleibt. Hierdurch wird eine Entlastung des Schaumvorabscheiders und des Filtereinsatzes erreicht. Der Schaumvorabscheider entlastet seinerseits den nachgeschalteten Filtereinsatz, so dass dieser ebenso wie das Filtergehäuse besonderes kompakt ausgestaltet sein kann. Selbst bei hoher Staubbelastung, wie sie beispielsweise im Baubetrieb und insbesondere bei Bodenbearbeitungen auftreten, ergeben sich trotz kompakter Bauform lange Wartungsintervalle zum Austausch des Filtereinsatzes.An air filter of an internal combustion engine is proposed, in which an inlet-side cyclone pre-separator based on the flow direction is integrated in one piece, wherein the cyclone pre-separator is followed by a foam pre-separator, and wherein the filter insert is connected downstream of the foam pre-separator. Accordingly, a three-stage filtration takes place, wherein the order initially coarser particles in Zyklonvorabscheider, medium sized particles in Schaumvorabscheider and fine particles are deposited or retained in the filter cartridge from the passing intake air. The integration of the cyclone pre-separator in the filter housing and the three-stage filtration allow a particularly compact design of the air filter. This is supported by the fact that all three filters or separators can be targeted to a specific range of particle sizes. The Zyklonvorabscheider system needs no maintenance, since its Abscheidewirkung remains throughout the life. As a result, a relief of the Schaumvorabscheiders and the filter cartridge is achieved. The Schaumvorabscheider in turn relieved the downstream filter cartridge, so that this can be configured as compact as the filter housing. Even with high levels of dust, as they occur, for example, in construction operations and in particular in tillage, resulting in spite of compact design long maintenance intervals for replacement of the filter cartridge.
Für die Ausgestaltung des Filtereinsatzes kommen verschiedene Bauformen in Betracht. In Verbindung mit dem vorgeschalteten Zyklonvorabscheider und dem Schaumvorabscheider hat sich eine Bauform als zweckmäßig im Sinne von Baugröße und Filtrierwirkung herausgestellt, bei der das Filterelement des Filtereinsatzes aus sternförmig gefaltetem Filtermaterial insbesondere aus Filterpapier gebildet ist. Es entsteht ein im Wesentlichen zylindrischer Filterkörper, der radial von außen nach innen durchströmt wird. Hierbei kann trotz der kompakten Gehäusebauform eine räumlich gleichmäßige Belastung des Filtermaterials erzielt werden.For the design of the filter insert different designs are possible. In conjunction with the upstream Zyklonvorabscheider and the Schaumvorabscheider has a design pointed out as appropriate in terms of size and filtration effect, in which the filter element of the filter cartridge is formed from star-shaped folded filter material, in particular filter paper. The result is a substantially cylindrical filter body, which is flowed through radially from outside to inside. In this case, despite the compact housing design, a spatially uniform loading of the filter material can be achieved.
Es kann vorteilhaft sein, den Schaumvorabscheider beispielsweise in einer ebenen Fläche anzuordnen. Bevorzugt läuft der Schaumvorabscheider ringförmig um den Filtereinsatz herum und ist dabei insbesondere mit dem Filtereinsatz zu einer zur gemeinsamen Auswechslung vorgesehenen Baueinheit integriert. Durch die Ringform unterliegt der Schaumvorabscheider Strömungsbedingungen, die mit denen des vorgenannten Filtereinsatzes vergleichbar sind: Die radiale Durchströmung von außen nach innen führt zu einer gleichmäßigen Staubbelastung des Filterschaums, was in Verbindung mit der koaxialen Bauform das erforderliche Bauvolumen signifikant verringert. Die Filtrierwirkung des Schaumvorabscheiders und des innen liegenden Filtereinsatzes können so auf einander abgestimmt werden, dass beide zumindest näherungsweise zur gleichen Zeit das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben. Die Integration zu einer gemeinsam austauschbaren Baueinheit vereinfacht nicht nur die Handhabung, sondern stellt auch sicher, dass sowohl der Schaumvorabscheider als auch der Filtereinsatz immer eine hinreichende Durchlässigkeit mit dem erforderlichen geringen Strömungswiderstand aufweisen.It may be advantageous to arrange the Schaumvorabscheider example, in a flat surface. The foam preseparator preferably runs in an annular manner around the filter insert and is integrated in particular with the filter insert to form a unit intended for common replacement. Due to the ring shape of the Schaumvorabscheider subject to flow conditions that are comparable to those of the aforementioned filter cartridge: The radial flow from outside to inside leads to a uniform dust load of the filter foam, which significantly reduces the required construction volume in conjunction with the coaxial design. The filtering action of the foam pre-separator and the inner filter insert can be matched to each other so that both have reached the end of their life at least approximately at the same time. The integration into a common interchangeable assembly not only simplifies handling, but also ensures that both the foam pre-separator and the filter cartridge always have a sufficient permeability with the required low flow resistance.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Filtereinsatz einen geschlossenen Boden und einen gegenüberliegenden Deckel mit einer Auslassöffnung auf, wobei die Auslassöffnung mit einem Reinluftauslass des Gehäuseunterteils verbunden ist, wobei der Deckel am Gehäuseunterteil und der Boden am Gehäusedeckel anliegt, und wobei der Filtereinsatz zwischen dem Gehäuseunterteil und dem Gehäusedeckel klemmend befestigt ist. Bei dieser Bauform ist nur eine Dichtung erforderlich, nämlich zwischen der Auslassöffnung des Filtereinsatzes und dem Reinluftauslass des Gehäuseunterteils. Durch die Klemmwirkung zwischen Gehäuseunterteil und Gehäusedeckel kann an dieser Stelle die Dichtwirkung in einfacher Weise dauerhaft aufrecht erhalten werden. Andere Dichtmaßnahmen zur Vermeidung der Ansaugung von Fehlluft sind nicht erforderlich. Insbesondere reicht eine nur zweiteilige Ausgestaltung des Filtergehäuses mit Gehäuseunterteil und Gehäusedeckel aus, um sämtliche Funktionen einschließlich der Haltefunktion, der Dichtfunktion, der Luftführung und der leichten Wartbarkeit bzw. Austauschbarkeit des Filtereinsatzes zu erfüllen.In an expedient embodiment, the filter insert has a closed bottom and an opposite cover with an outlet opening, wherein the outlet opening is connected to a clean air outlet of the housing lower part, wherein the lid rests against the housing lower part and the bottom on the housing cover, and wherein the filter insert between the housing lower part and the housing cover is clamped attached. In this design, only one seal is required, namely between the outlet opening of the filter cartridge and the clean air outlet of the housing base. Due to the clamping action between the lower housing part and the housing cover, the sealing effect can be permanently maintained in a simple manner at this point. Other sealing measures to prevent the intake of incorrect air are not required. In particular, only a two-part design of the filter housing with lower housing part and housing cover is sufficient to fulfill all functions including the holding function, the sealing function, the air guide and the easy maintainability or interchangeability of the filter insert.
Es kann zweckmäßig sein, den Gehäusedeckel mit dem Gehäuseunterteil zu verschrauben, zu verrasten oder mittels Klammern oder dergleichen zu verbinden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gehäusedeckel an einer Seite schwenkbar am Gehäuseunterteil gelagert und an der gegenüberliegenden Seite mit einem Spannelement klemmbar. Die schwenkbare Lagerung des Gehäusedeckels vereinfacht den Austausch des Filterelementes, da der Gehäusedeckel im aufgeschwenkten Zustand mit dem Gehäuseunterteil verbunden bleiben kann. Insbesondere ist nach dem Einbau eines neuen Filtereinsatzes der erforderliche, vom Gehäusedeckel auf den Filtereinsatz einwirkende Anpressdruck allein dadurch zu erzeugen, dass die Klemmung mit dem Spannelement auf nur einer Gehäuseseite vorgenommen wird. Unter schwierigen Einsatzbedingungen an der Baustelle oder dergleichen ist hierdurch die Handhabung vereinfacht.It may be expedient to screw the housing cover with the lower housing part to lock or connect by means of brackets or the like. In a preferred embodiment, the housing cover is pivotally mounted on one side on the lower housing part and can be clamped on the opposite side with a clamping element. The pivotable mounting of the housing cover simplifies the replacement of the filter element, since the housing cover can remain connected in the pivoted state with the housing lower part. In particular, after installation of a new filter insert, the required contact pressure acting on the filter insert from the housing cover is to be generated solely by clamping with the clamping element on only one side of the housing. Under difficult conditions at the construction site or the like, this makes handling easier.
Die schwenkbare Lagerung des Gehäusedeckels kann mittels eines Scharnieres oder dergleichen erfolgen. Vorteilhaft ist sie durch mindestens eine, bevorzugt mehrere Rastnasen mit einer Halteseite gebildet, die in entsprechende Rastöffnungen eingreifen. Bedarfsweise ist eine einfache Trennung zwischen Gehäusedeckel und Gehäuseunterteil möglich, während im montierten Zustand eine zuverlässige Haltewirkung erreicht ist. Insbesondere ergeben sich vorteilhaft Möglichkeiten der Detailausgestaltung zur Verbesserung der Bewegungskinematik, der Halte- und Zentrierwirkung. Bevorzugt ist hierzu die der Halteseite gegenüberliegende Seite der Rastnase gerundet. Die Rundung erlaubt eine Schwenkbewegung des Gehäusedeckels gegenüber dem Gehäuseunterteil, ohne dass diese durch ein Anstoßen der Rastnase an eine Innenfläche der Rastöffnung behindert wird. Zweckmäßig ist die Halteseite der Rastnase gegenläufig abgeschrägt. Im verspannten Zustand werden hierdurch die aneinander angrenzenden Kanten des Gehäusedeckels und des Gehäuseunterteils bezogen auf die zwischenliegende Teilungsfläche gegeneinander angezogen. Ein Aufspreizen ist zuverlässig vermieden. Lagetoleranzen und Dichtigkeit werden dauerhaft aufrecht erhalten.The pivotable mounting of the housing cover can be done by means of a hinge or the like. It is advantageously formed by at least one, preferably a plurality of locking lugs with a holding side, which engage in corresponding latching openings. If necessary, a simple separation between the housing cover and housing base is possible, while in the assembled state a reliable holding effect is achieved. In particular, there are advantageous possibilities of detail design for improving the motion kinematics, the holding and centering effect. For this purpose, the side of the locking lug opposite the holding side is preferably rounded. The rounding allows a pivoting movement of the housing cover relative to the lower housing part, without this being hindered by an abutment of the latching lug against an inner surface of the latching opening. Suitably, the holding side of the locking lug is bevelled in opposite directions. In the clamped state, the adjoining edges of the housing cover and the housing lower part are thereby attracted to one another relative to the intermediate dividing surface. Spreading is reliably avoided. Positional tolerances and tightness are permanently maintained.
Das Spannelement kann ein Kniehebel oder dergleichen sein. Bevorzugt ist es als Knebelschraube ausgebildet. Hierdurch kann die Spannkraft feinfühlig aufgebracht werden, wobei ein unbeabsichtigtes Lösen während des Betriebes zuverlässig vermieden ist.The tensioning element may be a toggle lever or the like. Preferably, it is designed as a thumbscrew. As a result, the clamping force can be applied sensitively, with an unintentional loosening during operation is reliably avoided.
Für die räumliche Anordnung des Zyklonvorabscheiders kommen verschiedene Ausführungen in Betracht. Vorteilhaft liegt seine Längsachse tangential zur Längsachse des Filtereinsatzes mit radialem Abstand dazu. Hierdurch wird erreicht, dass der aus dem Zyklonvorabscheider austretende, vorgereinigte Luftstrom tangential in den Innenraum des Filtergehäuses eingeleitet wird, der den Filtereinsatz umgibt. Unter Vermeidung einer direkten radialen Anströmung bei gleichzeitig nur minimalen Umlenkwinkeln wird erreicht, dass der Filtereinsatz bzw. der um diesen herumgeführte Schaumvorabscheider von allen Seiten gleichmäßig angeströmt wird. Orte mit lokal überhöhter Schmutzbelastung sind wirkungsvoll vermieden.For the spatial arrangement of Zyklonvorabscheiders come various designs into consideration. Advantageously, its longitudinal axis is tangent to the longitudinal axis of the filter insert with a radial distance thereto. This ensures that the exiting from the Zyklonvorabscheider, pre-cleaned air flow tangentially into the interior of the Filter housing is introduced, which surrounds the filter cartridge. By avoiding a direct radial flow with at the same time only minimal deflection angles, it is achieved that the filter insert or the foam pre-separator guided around it is flowed uniformly from all sides. Places with locally excessive pollution are effectively avoided.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dem Zyklonvorabscheider ein Schutzgitter vorgeschaltet. Mit einfachen Mitteln ist sichergestellt, dass übergroße Schmutzpartikel nicht vom Zyklonvorabscheider angesogen werden können, wodurch dessen Funktion auch unter rauen Umgebungsbedingungen dauerhaft sichergestellt ist.In an advantageous embodiment, the cyclone pre-separator is preceded by a protective grid. By simple means it is ensured that oversized dirt particles can not be sucked in by the cyclone pre-separator, whereby its function is permanently ensured even under harsh environmental conditions.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Reinluftauslass in einen Gehäuseboden des Gehäuseunterteils integriert und weist dabei eine unrunde, flache und insbesondere elliptische Querschnittsform auf. Bei hinreichend großem Durchströmungsquerschnitt erfordert der Reinluftauslass keine oder eine nur geringe zusätzliche Bauhöhe, so dass der Luftfilter insgesamt betreffend die Hochrichtung flach gehalten werden kann.In an expedient development of the clean air outlet is integrated in a housing bottom of the housing base and has a non-circular, flat and in particular elliptical cross-sectional shape. With a sufficiently large flow cross-section requires the clean air outlet no or only a small additional height, so that the total air filter can be kept flat with respect to the vertical direction.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. In the drawing shows:
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
Das Filtergehäuse
In das Gehäuseunterteil
Bezogen auf die Durchströmungsrichtung
Der Zyklonabscheider
Der auf diese Weise vorgereinigte Luftstrom tritt entsprechend einem Pfeil
Darauf folgt ein weiterer radialer Durchtritt durch das im Zusammenhang mit
Der derart gereinigte Luftstrom wird entsprechend einem Pfeil
Der Darstellung nach
Das Gehäuseunterteil
Entsprechend der Anzahl der Rastnasen
Durch die weiter unten im Zusammenhang mit
Hierbei wird der Filtereinsatz
Der Darstellung nach
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