MAHLE news 3/05 Helvetica

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: MAHLE 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 MAHLE 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 MAHLE, den Entwicklungspartner und Systemlieferanten
der internationalen Automobilindustrie.
BLICK IN DIE ZUKUNFT:
DAS DREISTUFIGE RESONANZSYSTEM
Ein weiterer Meilenstein in der Ansaugmodultechnik ist das von
MAHLE 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 MAHLE 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 MAHLE: 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.
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