DE102004029228A1

DE102004029228A1 - Diesel-Kraftstofffilter

Info

Publication number: DE102004029228A1
Application number: DE102004029228A
Authority: DE
Inventors: David Klemen
Original assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Current assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2006-01-05

Abstract

Ein Diesel-Kraftstofffilter soll bei einer Beaufschlagung mit einem Biodiesel-Kraftstoff lange Betriebslaufzeiten ermöglichen.
Zu diesem Zweck ist ein solches Kraftstofffilter mit einem Filterelement aus zwei in Reihe liegenden Filtermaterialien ausgerüstet, wobei das dem Filter-Rohraum zugewandte Filtermaterial dem anderen Filtermaterial gegenüber eine geringere Filterfeinheit besitzt und außen glattflächig ausgebildet ist.
Insbesondere kann ein solches Filterelement mit einer Kraftstoffrückspüleinrichtung ausgerüstet sein, um Biodieselablagerungen, die sich auf dem Filterelement oberflächlich abgelagert haben, abspülen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diesel-Kraftstofffilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Werden Diesel-Kraftstofffilter mit einem Biodiesel-Kraftstoff beaufschlagt, kann es im Vergleich zu einer Beaufschlagung mit einem Nicht-Biodiesel-Kraftstoff zu einer frühzeitigen Filterverstopfung kommen.

Der Grund für eine solche frühzeitige Verstopfung sind Ablagerungen, die sich insbesondere nach einem Einfüllen in den Tank eines Kraftfahrzeuges bilden können. Derartige Ablagerungen besitzen eine Größe und Struktur, durch die diese Ablagerungen sich an der Oberfläche eines Kraftstofffilters absetzen. Hier bilden die Ablagerungen eine differenzdruckerhöhende Schicht, die bereits nach äußerst kurzen Betriebszeiten das Filter derart verstopfen kann, dass kein einwandfreier bis gar kein Motorbetrieb mehr wegen Kraftstoffmangels möglich ist.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, hier auf eine möglichst einfache und sicher wirkende Weise Abhilfe zu schaffen.

Gelöst wird dieses Problem alternativ oder in Kombination durch Ausführungen gattungsgemäßer Diesel-Kraftstofffilter nach den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Ablagerungen, die auf der Filteroberfläche eine relativ leicht lösbare Schicht darstellen, als Schicht kontinuierlich oder diskontinuierlich abzulösen und aus dem Filter zu entsorgen. Die Entsorgung kann dann insbesondere zusammen mit einer Entsorgung abgeschiedenen Wassers erfolgen und zwar in einer Weise, wie bisher in einem Diesel-Kraftstofffilter abgeschiedenes Wasser aus dem Filter abgeführt wird.

Um eine oberflächlich angesammelte Ablagerungsschicht möglichst einfach ablösen zu können, ist es besonders vorteilhaft, eine möglichst glatte, gegebenenfalls auch noch hydrophob wirkende Oberfläche an dem zu durchströmenden Filtermaterial zu erzeugen. Konkret kann eine solche Oberfläche durch das Aufziehen eines dünnen Filtersiebes erreicht werden. Dieses Filtersieb besitzt in diesem Fall eine geringere Filterfeinheit als das erste Filtermaterial. Diese äußere Filtermaterialschicht beziehungsweise Oberfläche muss ledig lich eine solche Feinheit und möglichst keine größere haben, dass die sich in einem Biodiesel bildenden Ablagerungen gerade noch derart auf der Oberfläche verbleiben, dass sie von dieser einfach abgetrennt werden können.

Das Abtrennen kann beispielsweise dadurch gefördert werden, dass bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung eines gattungsgemäßen Filters eine Kraftstoffzuführung durch entsprechende konstruktive Mittel realisiert wird, durch die der zu filternde Kraftstoff radial und/oder tangential auf einen kleinen Bereich der Filtermaterialoberfläche gebündelt aufgebracht wird. Hierdurch lässt sich eine Auftreffenergie des Kraftstoffes in diesem Auftreffbereich erreichen, die verhindert, dass zumindest in dem Auftreffbereich verstopfend wirkende Dieselablagerungen sich ansammeln können. Auch, wenn möglicherweise die Bildung einer Ablagerungsschicht in außerhalb des Auftreffbereiches liegenden Bereichen des Filtermaterials nicht oder nicht vollständig vermieden werden kann, so bleibt doch zumindest immer noch durch die offene Auftrefffläche bedingt ein Notbetrieb des Filters erhalten, das heißt es wird zumindest ein Motorstillstand durch vollständig fehlende Kraftstoffzufuhr auf diese Weise sicher vermieden. Ein solcher Notbetrieb fällt dem Fahrer auf und er kann dann zumindest den Motor- sowie einen eingeschränkten Fahrbetrieb bis zu einer Filterreinigung beziehungsweise einem Filterwechsel in einer Werkstatt aufrechterhalten.

Besonders vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Ausführung, bei der eine filterverstopfende Ablagerungsschicht durch ein Rückspülen des Kraftstofffilters abgetragen und durch den Wasserablass des Kraftstofffilters entsorgt werden kann. Konstruktiv reicht es im Grunde bereits aus, für einen solchen Rückspülbetrieb ein Umschaltventil und gegebenenfalls eine Förderpumpe in der den Kraftstoff dem Motor zuführenden Leitung vorzusehen. Allein hierdurch ist es nämlich möglich, Kraftstoff rückspülend durch das Filterelement zu führen.

Vorteilhafte und zweckmäßige, nachstehend noch näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt.

In dieser zeigen
1 eine Funktionsdarstellung eines Kraftstofffilters im Normalbetrieb,
2 eine Funktionsdarstellung nach 1 für ein Kraftstofffilter im Rückspülbetrieb,
3 einen Längsschnitt durch ein Filter mit einer speziellen Kraftstoff-Führung in Richtung auf das Filterelement,
4 einen Schnitt nach Linie IV-IV durch ausschließlich das Filterelement in 3.
Aufbau und Funktionsweise nach 1
Ein Kraftstofffilter 1 umfasst ein äußeres Gehäuse 2 mit einem Wassersammelraum 3 sowie einem ringförmigen Filterelement 4.
Das ringförmige Filterelement 4 trennt einen Rohraum 5 von einem zentral innen liegenden Reinraum 6. In den Rohraum 5 führt eine Zuflussleitung 7, während eine Abflussleitung 8 gefilterten Kraftstoff in Richtung Motor abführt. In dem Wassersammelraum 3 gesammelte Flüssigkeit kann durch eine Ablassleitung 9 durch Öffnen eines Ablassventiles 10 abgelassen werden. Die Zuflussleitung 7 führt zu dem Kraftstofftank 11.
In der Abflussleitung 8 ist ein 3/2-Wegeventil als Umschaltventil 12 vorgesehen. Hierdurch ist die Abflussleitung 8 alternativ mit einer zu dem Motor führenden Leitung 13 und einer in den Tank 11 führenden Leitung 14 verbindbar. Die Leitung 14 vereint sich noch außerhalb des Tankes 11 mit der Zuflussleitung 7 in einen Verzweigungsbereich 15. In der Leitung 14 befindet sich zwischen dem Umschaltventil 12 und dem Verzweigungsbereich 15 eine in Richtung des Umschaltventils 12 fördernde Pumpe 16. Diese Pumpe kann motorbetrieben oder gegebenenfalls auch als eine Handpumpe ausgebildet sein.
In der mit dem Rohraum 5 des Kraftstofffilters 1 verbundenen Zuflussleitung 7 befindet sich zwischen dem Einlass in das Filtergehäuse 2 und dem Leitungs-Verzweigungsbereich 15 ein in Richtung des Verzweigungsbereiches sperrendes Einwegeventil 17.
Als Messgeräte können an dem Kraftstofffilter 1 vorgesehen sein ein Differenzdruckmesser 18 zur Ermittlung eines im Filtrationsbetrieb an dem Filterelement 4 zwischen Roh- und Reinraum 5, 6 herrschenden Differenzdruckes.
Darüber hinaus kann in dem Wassersammelraum 3 zur Ermittlung des Flüssigkeitsspiegels ein Flüssigkeitssensor 19 angebracht sein.
Das Filterelement 4 besteht aus einem ersten Filtermaterial 20 in der Form eines sternförmig gefalteten üblichen Filterpapiers sowie einem dieses erste Filtermaterial 20 zum Rohraum 5 hin umhüllenden zweiten Filtermaterial 21 in der Form eines Kunststoffsiebes aus möglichst hydrophobem, außen glatten Werkstoff. Dieses Siebmaterial kann beispielsweise eine Kunststoff-Siebfolie sein.
Das Filterelement 4 sitzt einenends dicht auf einem zu der Abflussleitung 8 führenden Stutzen 22 auf und ist anderenends durch eine geschlossene Endscheibe 23 verschlossen.
Bei normalem Motorbetrieb wird das Kraftstofffilter 1 wie folgt durchströmt.
Von einer motorseits vorgesehenen Saugpumpe wird bei einer entsprechenden Schaltung des Umschaltventiles 12 Kraftstoff aus dem Tank 11 über die Verzweigungsstelle 15 durch die Zuflussleitung 7 in den Rohraum 5 des Kraftstofffilters 1 gesaugt. Von dort aus durchströmt dieser angesaugte Kraftstoff das Filterelement 4, das heißt dessen erstes und zweites Filtermaterial in radialer Richtung, um sodann das Filtergehäuse 2 über den Stutzen 22 und die Abflussleitung 8 zu verlassen.
Aufbau und Funktionsweise nach 2
Gleiche Teile des Kraftstofffilters sind mit in der 1 angegebenen gleichen Bezugszahlen belegt.
Für den Rückspülbetrieb nach der Darstellung in 2 ist das Umschaltventil 12 in eine Schaltstellung zu schalten, durch die von der Pumpe 16 aus dem Tank 11 geförderter Kraftstoff in den Reinraum 6 des Kraftstofffilters 1 gefördert werden kann. Derart geförderter Kraftstoff durchfließt das Filterelement 4 radial von innen nach außen und verlässt das Kraftstofffilter 1 durch das in diesem Betrieb geöffnete Ablassventil 10.
Zuvor im normalen Motorbetrieb an der Außenfläche des Filterelementes 4, das heißt auf der Oberfläche von dessen zweitem Filtermaterial entstandene Ablagerungsschichten wer den bei einem solchen Rückspülvorgang auf einfache Weise abgespült und über das Ablassventil 10 entsorgt.
Ein solcher Rückspülbetrieb kann besonders vorteilhaft bei einem in der Form eines Rapsmethylesters eingesetzten Biodiesel-Kraftstoffes vorgesehen werden.
Zur vollständigen Erläuterung des funktionellen Aufbaus der gezeichneten Kraftstofffiltereinrichtung sei noch erwähnt, dass durch die Leitung 24 im Bypass an den Motor vorbeigeführter Kraftstoff in den Tank 11 als Rücklauf zurückfließen kann.
Kraftstofffilter nach 3
Das Kraftstofffilter 1' nach 3 besitzt grundsätzlich einen gleichen Aufbau wie dasjenige nach den 1, 2. Deshalb sind übereinstimmende Teile mit gleichen Bezugszeichen belegt.
Ein Unterschied dieses Kraftstofffilters 1' besteht lediglich in Folgendem.
Der zu filternde Kraftstoff wird über eine speziell gestaltete Zuführeinrichtung 25 auf den Außenumfang des Filterelementes 4 eingeführt. Dabei ist diese Zuführeinrichtung ein Kanalsystem, durch das der Kraftstoff durch eine radial und/oder tangential auf den Außenumfang des Filterelementes 4 gerichtete Einführdüse 26 geleitet wird. Die Düse ist der art ausgebildet, dass aus dieser ein Kraftstoffstrahl als eine Art Energiestrahl mit einer solchen Energie auf einen lokalen Umfangsbereich des zweiten Filtermaterials 21 auftreffen kann, dass durch diese Auftreffenergie dieser Auftreffbereich von unerwünschten Ablagerungen freigehalten werden kann. Auf diese Weise kann auch dann, wenn sich Ablagerungen in den übrigen Oberflächenbereichen des zweiten Filtermaterials 21 anlagern sollten, noch ein Notbetrieb bis zu einer späteren Filterreinigung beziehungsweise einem späteren Filterwechsel in beispielsweise einer Werkstatt aufrechterhalten werden.
Selbstverständlich und in besonders vorteilhafter Weise kann ein Filter der vorstehend beschriebenen und in 3 dargestellten Art in einer Rückspüleinrichtung gemäß einer Ausführung nach den 1, 2 eingesetzt werden. In einem solchen Fall kann bei Feststellen eines Notbetriebes der Fahrer eine Filterreinigung durch einen erfindungsgemäßen Rückspülbetrieb durchführen.
Versuche haben ergeben, dass bei einem Kraftstofffilter, das mit Rapsmethylester als Biodiesel-Kraftstoff betrieben worden ist, gegenüber einem Filterbetrieb nach dem bisher bekannten Stand der Technik erheblich höhere Laufleistungen bis ca. 60.000 km erreicht werden können.
Die vorliegende Erfindung lässt sich auch an Kraftstofffiltern realisieren, die in örtlich getrennte, in Reihe geschaltete Einzelfilter, beispielsweise in ein Vor- und Nach filter aufgeteilt sind, ohne weiteres anwenden und zwar mit Bezug auf das kraftstoffförderseitig zuerst beaufschlagte Einzelfilter.
Wie das zweite Filtermaterial 21 beispielsweise in der Form einer zylindrischen Siebhülse aussehen kann, zeigt 4 recht anschaulich. Das erste Filtermaterial 20, das von dem siebförmigen zweiten Filtermaterial 21 umhüllt ist, ist als ein Filterpapierstern üblicher Art ausgebildet.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Diesel-Kraftstofffilter (1) mit einem Roh- von einem Reinraum (5, 6) trennenden Filterelement, gekennzeichnet durch die Merkmale: – das Filterelement (4) besteht aus zwei in Reihe geschalteten Filtermaterialien, nämlich einem an den Reinraum (6) angrenzenden ersten Filtermaterial (20) und einem dem Rohraum (5) zugewandten zweiten Filtermaterial (21), – das zweite (21) besitzt gegenüber dem ersten Filtermaterial (20) eine geringere Filterfeinheit und weist zumindest gegenüber dem Rohraum (5) eine gegenüber möglichen Oberflächen des ersten Filtermaterials (20) glattere Oberfläche auf.
Diesel-Kraftstofffilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filtermaterial (21) als feinporiges Sieb ausgebildet ist.
Diesel-Kraftstofffilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den dem Filter zur Filtration zuzuführenden Kraftstoff ein radial und/oder tangential auf die Oberfläche des zweiten Filtermaterials (21) führender Zuflusskanal (25) vorgesehen ist.
Diesel-Kraftstofffilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuflusskanal (25) über eine Einführdüse (26) in den Rohraum (5) des Kraftstofffilters (1) mündet.
Dieselkraftstofffilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere mit den kennzeichnenden Merkmalen aus einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstofffilter (1) mit einer Kraftstoff-Rückspüleinrichtung für eine Umkehrdurchströmung durch das Filterelement (4) ausgerüstet ist.
Dieselkraftstofffilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückspüleinrichtung ein Umschaltventil (12) sowie eine Förder-Pumpe (16) umfasst.