DE102004046574A1

DE102004046574A1 - Einrichtung zum Entgasen eines Filters, insbesondere eines Kraftstofffilters

Info

Publication number: DE102004046574A1
Application number: DE102004046574A
Authority: DE
Inventors: Otto Schmid
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Es wird eine Einrichtung zum Entgasen eines Filters, insbesondere eines Kraftstofffilters, vorgeschlagen. Dieses Kraftstofffilter weist einen Rohflüssigkeitszulauf, ein Filterelement und einen Reinflüssigkeitsablauf auf, wobei eine Saugeinrichtung zum Absaugen des in der Flüssigkeit vorhandenen Gases vorgesehen ist. Diese Saugeinrichtung ist rohflüssigkeitsseitig an das Filter angeschlossen und wird durch den Flüssigkeitsstrom angetrieben. Die Saugeinrichtung besteht aus einer Turbine, die mit einer Kreiselpumpe gekoppelt ist, wobei die Turbine durch den Rohflüssigkeitsstrom oder den Reinflüssigkeitsstrom antreibbar ist. Das von der Kreiselpumpe geförderte Flüssigkeits-Luftgemisch wird einem Flüssigkeitsreservoir zugeführt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Entgasen eines Filters, insbesondere eines Kraftstofffilters nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Entgasen eines Filters.
Bei Flüssigkeitsfiltern, insbesondere bei Kraftstofffiltern, kann sich auf seiner Zuström- bzw. Rohflüssigkeitsseite im Filtergehäuse Luft oder Gas ansammeln. Das zum Filtern des Fluids zur Verfügung stehende Filtervolumen kann dadurch erheblich reduziert werden. Außerdem ist die, im ungenutzten Filtervolumen verbleibende, Filterfläche regelmäßig von der zu filternden Flüssigkeit benetzt, so dass diese Filterfläche zumindest bei relativ niedrigen Differenzdrücken für Gase nahezu undurchlässig ist. Das schädliche Gasvolumen kann somit auch nicht über die Reinseite des Filters entweichen.
Insbesondere bei modernen Kraftstoffeinspritzanlagen wird der Kraftstoff von einer, zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Kraftstofffilter in der Kraftstoffzuführung angeordneten Kraftstoffpumpe durch den Kraftstofffilter angesaugt. Der sich dadurch im Kraftstofffilter ausbildende Unterdruck macht eine herkömmliche Entlüftung unmöglich. Aufgrund des im Filter herrschenden Unterdrucks würde eine, mit der Atmosphäre kommunizierende Entlüftungsbohrung den gegenteiligen Effekt haben und das Filter würde sich mit Luft voll saugen.

Aus der DE 19639283 A1 ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt, mit der verhindert werden soll, dass sich bei einem Kraftstofffilter, durch das Kraftstoff angesaugt wird, rohflüssigkeitsseitig möglichst kein ausgeschiedenes Gas ansammelt. Dadurch soll unter anderem vermieden werden, dass angesammeltes Gas schlagartig durch das Filter hindurchtritt und den Motorbetrieb stört. Zu diesem Zweck führt bei der bekannten Einrichtung, an einer lotrecht oben gelegenen Stelle, an der sich aus dem Kraftstoff ausgetretenes Gas ansammelt, ein Bypass zur Filterinnenseite. Dabei ist der, durch die Geometrie des Bypasses mögliche Bypassmengenstrom erheblich geringer, als der durch den Filterkörper führbare Mengenstrom.

Aus der DE 4330840 C1 ist ein Flüssigkeitsfilter bekannt, das in einem stehend angeordneten Filtergehäuse einen Ringfiltereinsatz mit Innenrohr enthält. Das Innenrohr besitzt dabei ein Steigrohr, das an seiner offenen Unterseite mit einem Ableitungskanal kommuniziert und an seiner Oberseite über eine schwimmergesteuerte Entlüftungsöffnung mit der Rohseite des Ringfiltereinsatzes verbunden ist. Bei im Filtergehäuse ansteigendem Flüssigkeitspegel, kann oberhalb des Flüssigkeitspegels befindliches Gas durch die Entlüftungsöffnung aus dem Filtergehäuse abströmen. Sobald der Flüssigkeitspegel hinreichend angestiegen ist, verschließt der Schwimmer die Entlüftungsöffnung.

Es ist ferner aus der DE 19736029 C2 eine Einrichtung zum Entgasen eines Filters bekannt, an dessen Reinseite die zu filternde Flüssigkeit angesaugt wird, wobei ein Saugmittel zum Absaugen des Gases vorgesehen ist, das rohseitig an das Filter angeschlossen ist. Dieses Saugmittel ist eine Injektorpumpe oder eine Saug- oder Wasserstrahlpumpe, die von dem zurückgeführten Kraftstoff durchströmt ist und aufgrund der Saugwirkung eventuell vorhandene Luft aus dem Filtersystem entnimmt. Dabei führt allerdings die Saugstrahlpumpe zu einem Druckanstieg in der Kraftstoffrückführungsleitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Entgasen eines Filters zu schaffen, die zuverlässig arbeitet und das Kraftstoffsystem nur unwesentlich beeinflusst.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 gelöst.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Entgasung über eine kleine Turbinen-Pumpenkombination erfolgt, wobei die Turbine durch einen Flüssigkeitsstrom angetrieben wird. Aufgrund der geringen zu fördernden Gasmenge, ist lediglich ein geringer Energieaufwand erforderlich, um die Kreiselpumpe anzutreiben. Vorteilhafterweise wird die Turbine durch den Rohflüssigkeitsstrom oder den Reinflüssigkeitsstrom angetrieben. Beide Ströme sind unmittelbar am Filter über Rohrleitungen geführt und stehen dort als Antriebsquelle zur Verfügung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich das Absaugrohr zum Absaugen des Gases aus dem Filter an der hydrostatisch höchsten Position im rohflüssigkeitsseitigen Bereich. Selbstverständlich kann auch im reinflüssigkeitsseitigen Bereich eine Absaugung vorgenommen werden. Zur Vermeidung des Rücksaugens von Luft, ist an der Entnahmeposition für das Flüssigkeits-Luftgemisch, ein Rückschlagventil vorgesehen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich die Turbinen-Pumpenkombination im Gehäuse des Filters bzw. im Gehäusekopf. Dies hat zur Folge, dass keine zusätzlichen Leitungswege für das Antriebsfluid benötigt werden.

Sofern die Einrichtung zum Entgasen bei einem Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine Anwendung findet, kann sie sich den Flüssigkeitsstrom, der durch die Vorförderpumpe erzeugt wird, zu Nutze machen.

Vorteilhafterweise ist die Turbine eine Radialschaufelturbine oder eine Propellerschaufelturbine. Selbstverständlich sind unterschiedliche Arten von Turbinen zum Antrieb der Kreiselpumpe möglich.

Die Kreiselpumpe selbst ist idealer Weise von selbst ansaugender Bauart und kann eine Seitenkanalpumpe oder Flüssigkeitsringpumpe sein, welche besonders flach baut und einen hohen Wirkungsgrad besitzt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Entgasen eines Filters sieht vor, dass eine Turbine von einem Fluidstrom angetrieben wird, wobei diese Turbine unmittelbar mit einer Kreiselpumpe gekoppelt ist, welche die Absaugung des Flüssigkeits-Gasgemisch bewirkt.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Offenbarung der Erfindung
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein Systemschaubild eines Kraftstofffördersystems
2 eine Variante eines Kraftstofffördersystems als Systemschaubild
3 die Schnittdarstellung eines Kraftstofffilters
4 eine weitere Schnittdarstellung eines Kraftstofffilters in einer Variante
5 die Detaildarstellung einer Antriebsturbine
6 die Detaildarstellung einer Seitenkanalpumpe.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Die schematische Ausführung gemäß 1 zeigt einen Kraftstofftank 10, in welchem sich bis zu einem bestimmten Niveau Kraftstoff 11 befindet. Der Kraftstoff dient zur Versorgung einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Innerhalb des Tanks befindet sich ein Kraftstofffilter 12. Dieser besteht aus einem, in einem Gehäuse 13 angeordneten, Filterelement 14, welches in der Darstellung nur schematisch angedeutet ist. Unterhalb des Kraftstofffilters 12 ist eine Ansaugleitung 15 vorgesehen, zur Aufnahme des ungereinigten Kraftstoffes 11. Oberhalb des Kraftstofffilters befindet sich eine Leitung 16 für den gereinigten Kraftstoff, dieser wird über diese Leitung einer Vorförderpumpe 17 zugeführt. Von dieser Vorförderpumpe gelangt der Kraftstoff über eine Zulaufleitung 18 zu der Brennkraftmaschine. Der überschüssige Kraftstoff wird über eine Rücklaufleitung 19 von der Brennkraftmaschine wieder zurück in den Tank geführt, dieser Kraftstoff treibt eine Turbinen-Pumpeneinheit 20 an, die noch näher erläutert wird. Die Pumpe dieser Turbinen-Pumpeneinheit ist mit einer Leitung 21 verbunden, innerhalb dieser Leitung 21 befindet sich ein Rückschlagventil 22. Aufgrund des Antriebs durch den Kraftstoff, der über die Rücklaufleitung 19 in den Tank und durch die Turbinen-Pumpeneinheit 20 gelangt, wird Kraftstoff bzw. eventuell vorhandene Luft, aus dem Kraftstofffilter 12 über die Leitung 21 angesaugt und über die Ablaufleitung 23 dem Kraftstoffreservoir, d. h. dem Tank 10, wieder zugeführt. Durch dieses Abpumpen von Flüssigkeit bzw. Luft, wird sichergestellt, dass keine Luft zur Vorförderpumpe 17 bzw. in die Zulaufleitung 18 der Brennkraftmaschine gelangt.
Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, den Kraftstofffilter auch außerhalb des Tanks anzuordnen, ebenso kann die Turbinen-Pumpeneinheit 20 außerhalb des Tanks angeordnet werden.
2 zeigt eine Variante der schematischen Darstellung von 1. Hier erfolgt der Antrieb der Turbinen-Pumpeneinheit über den, aus dem Tank angesaugten, ungereinigten Kraftstoff. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der von der Vorförderpumpe 17 angesaugte Kraftstoff, gelangt von der Ansaugleitung 15 zunächst zu der Turbinen-Pumpeneinheit 20, anschließend in die Rohflüssigkeitsseite des Kraftstofffilters 12, wird in dem Filter gereinigt und über die Zulaufleitung 18 der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt. Über die Rücklaufleitung 19 gelangt überschüssiger Kraftstoff unmittelbar in das Flüssigkeitsreservoir bzw. den Kraftstofftank 10. Der angesaugte Kraftstoff treibt, wie bereits erwähnt, die Turbinen-Pumpeneinheit 20 an, der Pumpeneinlass ist über ein Rückschlagventil 22 mit der Rohflüssigkeitsseite des Kraftstofffilters verbunden. Das sich dort ansammelnde Flüssigkeits-Luftgemisch wird somit durch die Pumpe abgesaugt und über die Ablaufleitung 23 in den Tank 10 zurückgeführt. Auch hier besteht die Möglichkeit, das Filtersystem sowohl außerhalb als auch innerhalb des Kraftstofftanks anzuordnen.
In 3 ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein Kraftstofffilter gezeigt.
Dieser Kraftstofffilter besteht aus einem Gehäuse 13, welches im Wesentlichen topfförmig gestaltet ist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein zickzackförmig gefaltetes und konzentrisch angeordnetes Filterelement 14, dieses Filterelement ist an seinen Stirnseiten 24, 25 mit jeweils einer Endscheibe verschlossen. Das Filterelement 14 kann auch ein Wickelfilter sein.
Der vom Tank angesaugte Kraftstoff gelangt über die Ansaugleitung 15 in den äußeren Bereich des Gehäuses 13 und wird gemäß Pfeil 26 auf die Reinseite 27 des Filterelements 14 geführt. Der gereinigte Kraftstoff verlässt über die Leitung 16 das Filtersystem. Oberhalb des Filters ist in einem Filterkopf 28 eine Turbinen-Pumpeneinheit 20 angeordnet. Diese besteht aus einer Antriebsturbine bzw. einem Antriebsturbinenrad 29, das sich in einer Turbinenkammer 30 befindet. Das Turbinenrad 29 ist mit einer Achse 31 versehen, diese Achse ist verbunden mit einer Kreiselpumpe 32. Zwischen dem Turbinenrad 29 und der Kreiselpumpe 32 ist ein Flüssigkeitsbypass 33 vorgesehen. Unterhalb der Kreiselpumpe 32 ist eine Leitung 21 mit einem Rückschlagventil 22 angeordnet. Über den Kraftstoff, der durch die Rücklaufleitung 19 zum Tank strömt, wird das Turbinenrad 29 angetrieben. Dieser Kraftstoff strömt weiter über die Leitung 34 in den, hier nicht dargestellten, Kraftstofftank. Ein geringer Teil des Kraftstoffes strömt über den Flüssigkeitsbypass 33 zu der Kreiselpumpe 32, um deren Funktion zu gewährleisten. Aufgrund der Wirkung der Kreiselpumpe 32, wird dem Filtersystem, das sich unterhalb befindet, ein Gemisch aus Luft und ungereinigtem Kraftstoff entnommen. Dieses Gemisch strömt über das Rückschlagventil 22 und die Leitung 21 zu der Kreiselpumpe und wird von dieser der Ablaufleitung 23 zugeführt.
Es versteht sich von selbst, dass sofern der geförderte Kraftstoff Luft bzw. Gas enthält, sich diese Luft bzw. das Gas, im hydrostatisch höchsten Punkt ansammelt. Dieses ist gleichzeitig der Punkt, an welchem sich das Rückschlagventil bzw. die Leitung 21 befindet.
4 zeigt eine Variante, die der schematischen Darstellung in 3 entspricht. Hier wird das Turbinenrad 29 durch den Kraftstoffvorlauf, der über die Leitung 15 zu dem Filterelement 14 gelangt, angetrieben. Die Luft bzw. das Luft-Flüssigkeitsgemisch, wird ebenfalls durch die Kreiselpumpe 32 am hydrostatisch höchsten Punkt abgesaugt und über die Ablaufleitung 23 wieder dem Tank zugeführt.
5 zeigt eine Antriebsturbine, mit dem Antriebsturbinenrad 29, welches sich in einem Turbinengehäuse 35 befindet. Am Turbinengehäuse 35 ist der Flüssigkeitszulauf 19 und die Leitung 34, durch welche die Flüssigkeit abströmt, zu erkennen.
6 zeigt in einer Schnittdarstellung die Kreiselpumpe 32. Es handelt sich hier um eine selbstansaugende Kreiselpumpe und zwar um eine Seitenkanalpumpe. Das Kreiselrad 36 ist konzentrisch zum Gehäuse 37 angeordnet, ein Seitenkanal 38 mit variierter Kanaltiefe übernimmt hier die Volumenänderung bei Rotation. Die umgewirbelte Flüssigkeit strömt durch die Leitung 16 aus. Der Eintritt der Flüssigkeit erfolgt im Bereich 39 von der Oberseite, über eine nicht sichtbare Ansaugöffnung, her. Da die Pumpe zum Betrieb einen gewissen Flüssigkeitspegel im Gehäuse benötigt, ist der in 3 und 4 dargestellte Flüssigkeitsbypass 33 vorgesehen.
Sollte die Drehzahl der Turbine für die Wirkung der Pumpe nicht ausreichen, kann eventuell ein Stirnradgetriebe zwischengeschaltet werden.
Der Vorteil der Seitenkanalpumpe gegenüber anderen, selbst ansaugenden Kreiselpumpen liegt darin, dass diese eine bessere Förderleistung besitzt, da das Laufrad das Gehäuse voll ausfüllen kann. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, andere Bauformen von selbst ansaugenden Kreiselpumpen, wie z. B. Flüssigkeitsringpumpen, zu verwenden. Bei letzteren ist lediglich das Kreiselrad exzentrisch im Gehäuse anzuordnen. Durch die Fliehkraft bei Rotation bildet sich ein Flüssigkeitsring konzentrisch zum Gehäuse, der praktisch als Verdränger arbeitet, da die Luftkammern zwischen Rad und Gehäuse ihr Volumen mit der Rotation ständig verändern. Für die Luft- bzw. Luft-Flüssigkeitsgemisch-Förderung ist diese Art der selbst ansaugenden Kreiselpumpe ebenfalls sehr effizient.

Claims

Einrichtung zum Entgasen eines Filters, insbesondere eines Kraftstofffilters mit einem Rohflüssigkeitszulauf, einem in einem Gehäuse angeordneten Filterelement, einem Reinflüssigkeitsablauf, wobei eine Saugeinrichtung zum Absaugen eines, in der Flüssigkeit vorhandenen, Gases vorgesehen ist, die rohflüssigkeitsseitig an das Filter angeschlossen ist und wobei die Saugeinrichtung durch den Flüssigkeitsstrom angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugeinrichtung aus einer Turbine und einer mit der gekoppelten Kreiselpumpe besteht, wobei die Turbine durch den Rohflüssigkeitsstrom oder den Reinflüssigkeitsstrom antreibbar ist und das von der Kreiselpumpe geförderte Flüssigkeits-Luftgemisch einem Flüssigkeitsreservoir zugeführt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Saugeinrichtung mit der hydrostatisch höchsten Position in rohflüssigkeitsseitigen Bereich des Filters verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an der Entnahmeposition für das Flüssigkeits-Luftgemisch ein Rückschlagventil vorgesehen ist.
Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Saugeinrichtung in ein Gehäuse des Filters integriert ist.
Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass diese im Kraftstoffkreislauf einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Flüssigkeit über eine Vorförderpumpe der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine eine Radialschaufelturbine oder eine Propellerschaufelturbine ist und eine radiale Turbinenbeaufschlagung erfolgt.
Einrichtung nach einem der vorigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiselpumpe eine Seitenkanalpumpe ist, wobei zwischen Turbine und Pumpe eine Kurzschlussöffnung vorgesehen ist.
Verfahren zum Entgasen eines Filters, wobei der Filter ein Rohflüssigkeitszulauf und ein Reinflüssigkeitsablauf aufweist und mit einer Saugeinrichtung rohseitig ein Flüssigkeitsluftgemisch abgesaugt und einem Flüssigkeitsreservoir zugeführt wird dadurch gekennzeichnet, dass die Saugeinrichtung aus einer Turbine besteht, die von der zu filternden oder gefilterten Flüssigkeit angetrieben wird und wobei die Turbine mit einer Kreiselpumpe verbunden ist, welche die Absaugung bewirkt.