FILTER – DIE REINE WAHRHEIT DER LUFTFILTER: DIE LUNGE DES MOTORS Die ersten zwei Jahrzehnte des Automobils waren geprägt von permanenten Motorschäden – insbesondere bedingt durch die hohe Staubkonzentration auf den damals noch unbefestigten Straßen. Die Schmutzpartikel gelangten in den Brennraum, wo sie an den Kolbenringen, Kolben und an der Zylinderwandung starken Abrieb verursachten. Die Folgen: abnehmende Motorleistung bis hin zum gefürchteten Kolbenfresser. Erst mit der Erfindung so genannter Luftreiniger Mitte der 30er-Jahre wurden Reparatur- und Serviceintervalle bis 4.000 km erreicht. Der Luftfilter ist also aus der Erfolgsgeschichte des Verbrennungsmotors nicht mehr wegzudenken. Allerdings: Vom ersten Ölbad-Luftfilter der 30er-Jahre bis zum heutigen modernen Luftansaugmodul war es ein weiter Weg … AFTERMARKET n e w s 12
DIE ANFÄNGE: EIN – BUCHSTÄBLICH – EINFACH GESTRICKTER LUFTFILTER Bei den ersten Luftfiltern bestand das Filterelement aus einem Drahtgestrick, umhüllt von einem Metallgehäuse. Diese so genannten „Ölbadluftfilter“ funktionierten durch physikalische Strömungen: Durch die Umlenkung der Luftströmung im Stahlgestrick wurde ein Siebeffekt erzeugt, der für die Schmutzabscheidung genutzt wurde. Um den Schmutz zu speichern, wurden die Stahlgestricke mit Motorenöl benetzt. Diese Filtereinsätze mussten dann regelmäßig auseinandergebaut, mit Waschbenzin gereinigt und anschließend wieder eingeölt werden. Als die Motoren immer leistungsfähiger wurden – und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch immer geringer – stieg der Luftbedarf um ein Vielfaches an. Dadurch stießen die Filterelemente aus Metallgestrick an ihre Grenzen, selbst dann, als sie später mit Textileinlagen kombiniert wurden. Auch musste die Filtration immer feiner werden. Und es galt, Gewicht einzusparen, die Einbaumaße zu reduzieren – und die Wartung in mehrerer Hinsicht zu erleichtern. Ein Ölbadluftfilter mit aufwendiger Reinigung und anschließender problematischer Entsorgung wurde den steigenden Anforderungen nicht mehr gerecht: Ein neues Luftfiltersystem musste entwickelt werden. GOLF 1 1,5 l, 1.020 kg angesaugter Luftmassenstrom Kraftstoffverbrauch GOLF 2 1,6 l TD, 1.210 kg GOLF 3 1,9 l TDI, 1.340 kg GOLF 4 1,9 l TDI, 1.370 kg Permanent steigende Anforderungen an die Filtration der Ansaugluft: In den 25 Jahren vom VW Golf I bis zum Golf IV hat sich die zu filternde Luftmasse mehr als verdoppelt (während der Kraftstoffverbrauch um ca. 25 % gesunken ist). DIE INNOVATION DER WIRTSCHAFTSWUNDERZEIT: FILTER AUS PAPIER Als dann 1953 die ersten Filterelemente aus Papier auf den Markt kamen, war deren Filterleistung so überlegen, dass sie die bisherigen Filterelemente aus Metallgestrick und textilem Gewebe bald komplett verdrängten. Nur kurze Zeit später, im Jahr 1957, entwickelten die Knecht Filterwerke (heute: <strong>MAHLE</strong> Filtersysteme) eine spezielle Faltung der Filterpapiere und ließ diese unter dem Warenzeichen „MICRO-STAR“ patentieren. Das damals entwickelte Faltsystem ist bis heute Standard in der Filtertechnologie. Auch die Konstruktion der Luftfilter wurde laufend den sich verändernden Anforderungen angepasst. Zunächst wurden runde Filterelemente eingesetzt: ein ringförmiges Element, bestehend aus Filterpapier, das von PUR-Schaum fixiert wurde. Um die Roh- und Reinseite an den Faltenenden zu trennen, wurden diese durch eine PUR-Endscheibe mit Dichtungswulst verschlossen. Dieses System der runden Luftfilter kommt noch heute zum Einsatz. DIE GEGENWART: GESCHALTETE SAUGROHRE UND KOMPLEXE ANSAUGSYSTEME Bereits Mitte der 90er-Jahre hat <strong>MAHLE</strong> in enger Zusammenarbeit mit der Automobilindustrie so genannte geschaltete Saugrohre entwickelt. Damit entwickelt der Motor einerseits bereits bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment, ermöglicht andererseits hohe Drehzahlen und eine hohe Spitzenleistung. Eine im Brennraum gewollt erzeugte Tumbleströmung (siehe Text rechts) verbessert die Gemischbildung und den Brennverlauf – mit dem Resultat verringerter Abgasemission und reduziertem Kraftstoffverbrauch. Die in modernen Motoren mit Einspritzsystemen verbauten kompletten Ansaugsysteme haben aber über die reine Luftfiltration noch eine Reihe zusätzlicher Aufgaben: So sind heute im Luftfiltergehäuse oftmals ein Luftmassenmesser, eine Blow-by- Gas-Einleitung (siehe Text rechts) sowie ein Wartungsanzeiger integriert, ebenso ein Hitzeschild, das vor unmittelbarer Wärmebelastung schützt. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an <strong>MAHLE</strong>, den Entwicklungspartner und Systemlieferanten der internationalen Automobilindustrie. BLICK IN DIE ZUKUNFT: DAS DREISTUFIGE RESONANZSYSTEM Ein weiterer Meilenstein in der Ansaugmodultechnik ist das von <strong>MAHLE</strong> entwickelte dreistufige Resonanzsystem, schaltbar über zwei im Saugrohr integrierte Klappen. Die Resonanzaufladung ist in 3 Drehzahlstufen über einen breiten Drehzahlbereich wirksam – bis 7.000 U/min. Durch Ladungsberechnungen optimiert und virtuell abgesichert, wird das Resonanzsystem bereits erfolgreich in der Praxis eingesetzt. Übrigens geht der Entwicklungs- und Lieferumfang von <strong>MAHLE</strong> auch hier weit über die Luftfiltration hinaus und umfasst Stelleinheiten für das Resonanzsystem und ein Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem mit Ölnebelabscheidung, Druckregelung und Einleitung in das Saugmodul. MADE BY <strong>MAHLE</strong>: EIN MODERNES LUFTFILTERGEHÄUSE. Wartungsanzeiger Hitzeschild Reinluft zum Turbolader Luftmassenmesser im Reinluftkanal Rohluft Blow-by- Gase FILTER – DIE REINE WAHRHEIT Abb. links: Funktionsweise des Ölbadluftfilters. Die ungereinigte Luft wird durch einen ringförmigen Einlassspalt (1a) angesaugt. In dem zwischen Filtereinsatz (2) und Ölbad (3) entstandenen Raum (4) trifft die Luft auf das Ölbad und wird zum Filtereinsatz umgelenkt. Dabei wird ein Teil der Verunreinigungen bereits im Ölbad abgesetzt. Das Öl wird durch den Luftstrom aufgewirbelt und bespült den Filtereinsatz, sodass dessen Drähte ständig mit Öl benetzt sind. Ein Teil der Staubpartikel wird bereits bei der Luftwäsche im Ölbad abgeschieden, der überwiegende Rest im ölbenetzten Metallgestrick. Während des Betriebs entsteht ein Selbstreinigungseffekt – über das zurückfließende Öl. Abb. rechts: In regelmäßigen Intervallen musste das Filterelement dann komplett gereinigt und das Öl im Filtertopf erneuert werden. 1 Vergasermotor aus den 70er-Jahren: motorfester Luftfilter (1) mit Rundfilterelement (2). TUMBLESTRÖMUNG Für direkt einspritzende Ottomotoren wurde der Tumbleflansch entwickelt. In einem Verbindungsstück zwischen Saugmodul und Zylinderkopf wird die Luftzufuhr zum Motor über verstellbare Klappen geregelt. Diese bewirken eine Tumbleströmung, also eine walzenförmige Luftbewegung im Brennraum des Motors. Die dadurch verbesserte Gemischbildung optimiert den Brennverlauf, was eine Reduzierung der Emissionen und eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs zur Folge hat. BLOW-BY-GAS Verdichtetes Gas aus dem Brennraum fließt durch die Dichtungsspalte zwischen den Kolbenringen und Kolben bzw. Zylindern in das Kurbelgehäuse. Die während des Motorbetriebs entstehenden Blow-by-Gase nehmen Öl in Form von Tröpfchen (Aerosolen) auf, das an Kolben und Zylindern haftet und von den bewegten Teilen des Kurbeltriebs abgeschleudert wird. Diese Gase werden durch die Kurbelgehäuseentlüftung nach draußen geführt – jedoch nicht in die Atmosphäre, sondern in einen Ölnebelabscheider. In diesem wird dann die heiße Luft von den Öltröpfchen getrennt. Das Öl fließt zurück in das Kurbelgehäuse, die gasförmigen Komponenten werden über das Ansaugsystem der Verbrennung zugeführt. AFTERMARKET n e w s 13 2
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