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Die Erfindung betrifft eine zylindrische Filtereinrichtung, insbesondere einen Kraftstofffilter für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
EP 0 858 825 B1 ist eine zylindrische Filtereinrichtung mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Ringfiltereinsatz bekannt, wobei das Gehäuse eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung besitzt. Der Ringfiltereinsatz und das Gehäuse begrenzen eine äußere, ringförmige Kammer, die mit der Einlassöffnung kommuniziert, während der Ringfiltereinsatz eine innere ringförmige Kammer begrenzt, die durch ein Filtermedium hindurch mit der äußeren ringförmigen Kammer kommuniziert. Unterhalb der inneren und der äußeren ringförmigen Kammern ist eine Sedimentationskammer angeordnet, in welcher sich Wasser absetzen kann, welches bei Bedarf über einen bodenseitigen Ablass der Sedimentationskammer abgelassen werden kann. Sowohl der Einlass als auch der Auslass der Filtereinrichtung sind dabei in einem oberen Bereich angeordnet, wobei die Filtereinrichtung insgesamt stehend eingebaut ist.
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Aus der
EP 0 405 447 B1 ist eine Filtereinrichtung mit einem Einlass und einem Auslass gezeigt. Eine Filterkammer, in der ein Filtereinsatz angeordnet ist, befindet sich dabei nicht zwischen dem Einlass und dem Auslass, sondern vom Einlass und dem Auslass axial versetzt.
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Aus der
DE 10 2005 010 423 A1 ist ebenfalls eine Filtereinrichtung mit einem Einlass und einem Auslass bekannt.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine gattungsgemäße Filtereinrichtung dahingehend zu verbessern, dass bisher nicht nutzbare Einbaupositionen, insbesondere auch in einem Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs, für eine Anordnung der Filtereinrichtung genutzt werden können.
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Gelöst wird dieses Problem mit einer gattungsgemäßen zylindrischen Filtereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten, zylindrischen Filtereinrichtung, eine Filterkammer sowie eine Sedimentationskammer so zueinander zu positionieren, dass die Filtereinrichtung bei wirksamer und bleibender Abtrennung abgeschiedenen Wassers liegend eingebaut werden kann, so dass dessen Zylindermittelachse im wesentlichen waagerecht verläuft. Durch die liegende Einbauposition der Filtereinrichtung können im Vergleich zu herkömmlichen, stehenden Filtereinrichtungen auch Einbaupositionen realisiert werden, in welchen herkömmliche Filtereinrichtungen nicht anordenbar sind. Insbesondere kann dadurch ein ohnehin knapp bemessener Bauraum im Motorraum eines Kraftfahrzeuges hierdurch in bestimmten Fällen besser ausgenutzt werden, da bisher nicht für einen Einbau der Filtereinrichtung zugänglicher Bauraum nunmehr erschlossen werden kann. Durch die liegende Anordnung der Filtereinrichtung ist es einerseits teilweise auch möglich, eine Einbauposition zu wählen, welche eine erleichterte Wartung der Filtereinrichtung im Vergleich zu einer stehenden Position, insbesondere einen Austausch, ermöglicht, wodurch Wartungs- beziehungsweise Reparaturkosten gesenkt werden können. Darüber hinaus kann eine liegende Einbauposition auch eine niedrigere Motorbauhöhe begünstigen, was insbesondere im Hinblick auf den Wunsch nach immer flacher werdenden Außenkonturen von Kraftfahrzeugen vorteilhaft ist. Selbstverständlich kommt durch die liegende Einbauposition auch ein Ein-/Anbau im Bereich eines Unterbodens in Frage, wobei die Form der Filtereinrichtung prinzipiell an im Unterbodenbereich vorhandene Aussparungen oder Hohlräume anpassbar ist. Mit zylindrischer Filtereinrichtung ist daher auch nicht nur eine kreiszylindrische Filtereinrichtung gemeint, sondern es sollen auch andere zylindrische Formen von der Erfindung umfasst sein.
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Die Sedimentationskammer, in welcher sich das Wasser sammeln kann, das aus dem Kraftstoff ausgeschieden wurde, ist dabei wie bei herkömmlichen Filtereinrichtungen unterhalb der Filterkammer angeordnet, so dass die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung im wesentlichen derjenigen der herkömmlichen Filtereinrichtungen entspricht. Hierdurch sind die bisher gewonnenen Erfahrungen auf die erfindungsgemäße Filtereinrichtung übertragbar, wodurch von den bisherigen Forschungs- und Entwicklungsergebnissen profitiert werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Sedimentationskammer einen zu öffnenden Ablass auf. Hat sich in der Sedimentationskammer so viel Wasser angesammelt, dass die Gefahr besteht, dass es zu einem Rückfluss des abgeschiedenen Wassers aus der Sedimentationskammer in einen darüber liegenden Abscheideraum kommen kann und dadurch Wasser über den Auslass der Filtereinrichtung in den Verbrennungsmotor gelangt, kann das bereits abgeschiedene Wasser durch Öffnen des Ablasses abgelassen werden und dadurch die Filtereinrichtung regeneriert werden. Dabei ermöglicht die liegende Einbauposition der Filtereinrichtung eine Anordnung des öffenbaren Ablasses vorzugsweise an genau der Stelle, welche für Wartungszwecke einfach und schnell zugängig ist, so dass sich die Wartung vereinfacht. Selbstverständlich kann das in der Sedimentationskammer anfallende Wasser auch nach einer der an sich vielfältig bekannten Methoden automatisch entfernt werden.
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Zweckmäßig ist zwischen der Filterkammer und dem Auslass ein mit der Filterkammer, dem Auslass und der Sedimentationskammer kommunizierender Abscheideraum vorgesehen, in welchem eine Abscheideeinrichtung angeordnet ist. Der Abscheideraum bewirkt dabei, dass selbst bei einer übervollen Sedimentationskammer zwar Wasser in den Abscheideraum gelangen kann, dort aber von der im Abscheideraum angeordneten Abscheideeinrichtung am Verlassen der Filtereinrichtung durch den Auslass gehindert wird. Selbstverständlich ist die Sedimentationskammer vorzugsweise derart bemessen, dass auch bei ungünstigen Verhältnissen ein Überfüllen derselben bei regelmäßigen Wartungsintervallen ausgeschlossen werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Abscheideraum und der darunter gelegenen Sedimentationskammer eine Sperrvorrichtung angeordnet, welche Wasser, das in der Sedimentationskammer sedimentiert ist, am Zurückfließen in den Abscheideraum zumindest behindert. Dabei kann die Sperrvorrichtung beispielsweise als Ventileinrichtung, als Schikane oder als Schwappschutz ausgebildet sein. Die Sperrvorrichtung hat somit die Aufgabe, Wasser, welches in der Sedimentationskammer gesammelt ist, auch bei ungünstigen Fahrverhältnissen, insbesondere bei einer Kurvenfahrt oder bei starken Beschleunigungen/Verzögerungen sowie Fahrzeugneigungen, an einem Zurückfließen in den Abscheideraum zu hindern, so dass unter denkbaren Umständen mit Wasser verschmutzter Kraftstoff die Filtereinrichtung nicht verlassen kann und dadurch nicht in den Verbrennungsmotor gelangen kann und dort den Verbrennungsprozess stört beziehungsweise zu Korrosionsschäden führt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abscheideeinrichtung derart ausgebildet beziehungsweise angeordnet, dass sie aus dem Kraftstoff ausgeschiedenes Wasser der Sperreinrichtung beziehungsweise der Sedimentationskammer zuführt. Die Abscheideeinrichtung kann dabei beispielsweise in Form einer zur Strömungsrichtung schrägstehend angeordneten und für Kraftstoff permeablen Wand ausgebildet sein, welche für Wasser nicht permeabel ist und an welcher Wasser nach unten in Richtung der Sperrvorrichtung beziehungsweise der Sedimentationskammer aufgrund der Schwerkraft abläuft. Aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeiten ist ein zuverlässiges Abscheiden von Wasser einfach möglich.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch
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1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung,
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2 einen Querschnitt entlang der Schnittebene II-II.
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Entsprechend 1 weist eine zylindrische Filtereinrichtung 1 ein Gehäuse 2 auf, welches einen Einlass 3 auf der Rohseite für zu reinigenden Kraftstoff und einen Auslass 4 auf der Reinseite für gereinigten Kraftstoff aufweist. Zylindrisch heißt dabei nicht unbedingt kreiszylindrisch. Der Auslass 4 kann dabei wie in 1 gezeigt im wesentlichen auf gleicher Höher liegen wie der Einlass 3 oder aber auch an einer Oberseite des Gehäuses 2 angeordnet sein. In letzterem Fall läge ein derartiger Auslass 4 im Bereich einer Stelle A. Der Einlass 3 und/oder der Auslass 4 können dabei beispielsweise als Stecknippel ausgebildet sein.
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Zwischen dem Einlass 3 und dem Auslass 4 ist zumindest eine Filterkammer 5 vorgesehen, in welcher ein ringförmiger und radial von außen nach innen durchströmter Filtereinsatz 6 angeordnet ist. Dabei ist eine Strömungsrichtung des Kraftstoffes durch die Pfeile 7 dargestellt, so dass sich beim Betrieb der Filtereinrichtung 1 ein Kraftstofffluss gemäß 1 von links nach rechts ergibt. Der Filtereinsatz 6 kann als gewöhnliche Filterpatrone beispielsweise als Ringfiltereinsatz ausgebildet sein und zur Vergrößerung einer Filterfläche Falten 8 (vgl. 2) aufweisen oder auch koaleszierende Eigenschaften aufweisen.
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Unterhalb der Filterkammer 5 ist eine Sedimentationskammer 9 angeordnet, in welcher sich Wasser, welches aus dem Kraftstoff ausgeschieden wurde, sammeln kann. Dabei liegt die Sedimentationskammer 9 gemäß den 1 und 2 im wesentlichen unterhalb einer Zylindermittelachse 10, während die Filterkammer 5 und der Filtereinsatz 6 im wesentlichen darüber liegen. Durch die Tatsache, dass die Zylindermittelachse 10 bei montierter Filtereinrichtung 1 im wesentlichen waagerecht verläuft, können gänzlich neue Einbaupositionen der Filtereinrichtung 1 in einem Motorraum oder einem Unterbodenbereich erschlossen werden, welche für herkömmliche, stehende Filtereinrichtungen, nicht zugänglich sind. Insbesondere ist auch durch die verringerte Bauhöhe der Filtereinrichtung 1 eine Anordnung derselben dicht unter einer Motorhaube möglich, so dass die Filtereinrichtung 1 einfach für Wartungs- beziehungsweise Reparaturarbeiten zugänglich ist, eine Außenlinie des Kraftfahrzeuges jedoch nicht beeinträchtigt, da die Filtereinrichtung 1 im Vergleich zu herkömmlichen Filtereinrichtungen flacher baut.
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Zwischen der Filterkammer 5 und dem Auslass 4 ist ein Abscheideraum 11 vorgesehen, welcher sowohl mit einem Auslass 4' der Filterkammer 5, als auch mit dem Auslass 4 der Filtereinrichtung 1 und auch mit der Sedimentationskammer 9 kommunizierend verbunden ist. Im Abscheideraum 11 ist eine Abscheideeinrichtung 12 vorgesehen, welche beispielsweise als für Kraftstoff permeable, poröse Wand ausgebildet ist. Auf der Abscheideeinrichtung 12 auftreffender Kraftstoff durchdringt dieselbe und kann dadurch zum Auslass 4 und weiter zu einem Verbrennungsmotor gelangen, während beispielsweise im Kraftstoff mitgeführtes Wasser von der Abscheideeinrichtung 12 in an sich bekannter Weise abgeschieden beziehungsweise ausgeschieden wird und an derselben nach unten ablaufen kann. Hierzu kann die Abscheideeinrichtung 12 beispielsweise als engmaschiges, insbesondere hydrophobes, Sieb oder als hydrophobe Membran ausgebildet sein oder ein(e) solche(s) aufweisen.
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Zwischen dem Abscheideraum 11 und der darunter gelegenen Sedimentationskammer 9 ist eine Sperrvorrichtung 13 angeordnet, die ein Zurückfließen von Wasser aus der Sedimentationskammer 9 in den Abscheideraum 11 verhindert oder zumindest behindert. Hierzu kann die Sperrvorrichtung 13 beispielsweise als Ventileinrichtung, als Schwapp-Schutz oder wie in 1 gezeigt als Schikane ausgebildet sein. Das an der Abscheideeinrichtung 12 abgeschiedene Wasser läuft somit an derselben nach unten und trifft auf ein Leitelement 14 der Sperrvorrichtung 13, welches das ausgeschiedene Wasser aufgrund dessen Schwerkraft in die Sedimentationskammer 9 ableitet. Wie in 1 gezeigt, ist dabei die Abscheideeinrichtung 12 schräg zur Strömungsrichtung 7 angeordnet, so dass sie abgeschiedenes Wasser direkt der Sperreinrichtung 13 beziehungsweise der nachfolgenden Sedimentationskammer 9 zuführen kann.
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Um die Sedimentationskammer 9 entleeren zu können, ist vorzugsweise an deren Bodenseite ein Ablass 15 vorgesehen, beispielsweise ein Ventil oder ein Hahn, welcher in geöffnetem Zustand ein Ablassen des in der Sedimentationskammer 9 gesammelten Wassers erlaubt. Günstigerweise ist dabei der öffenbare Ablass 15 so angeordnet, dass er leicht zu Wartungszwecken zugänglich ist.
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Gemäß einer Ausführungsform nach 2 weist die Filtereinrichtung 1 einen kreiszylindrischen Querschnitt auf, wobei erkennbar ist, dass die Sedimentationskammer 9, welche im wesentlichen unterhalb der Zylindermittelachse 10 angeordnet ist, eine im wesentlichen halbmondförmige Querschnittsform aufweist. Dem gegenüber ist die Filterkammer 5 im wesentlichen kreiszylindrisch, wobei auch denkbar ist, dass die Filterkammer 5 einen Querschnitt aufweist, welcher aus der Schnittmenge zweier Kreise gebildet ist. Letztere Version ist mit einer zu dem Bezugszeichen 5 unterbrochen gezeichneten Linie dargestellt. Ebenfalls ist der Filtereinsatz 6 gemäß 2 unterbrochen dargestellt, wobei die Falten 8 zur Vergrößerung der Filterfläche deutlich erkennbar sind. Die Strömungsrichtung 7 gemäß der 2 verläuft dabei von radial außen nach innen. Der Übersicht halber sind dabei mögliche Falten 8 lediglich an manchen Stellen beispielhaft gezeichnet. Anmerkend sei jedoch festgehalten, dass die Filtereinrichtung 1 und/oder der Filtereinsatz 6 und/oder die Filterkammer 5 jede beliebige Zylinderform aufweisen können.
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Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung 1 funktioniert wie folgt:
Zunächst strömt der zu reinigende Kraftstoff über den Einlass 3 in die Filterkammer 5 der Filtereinrichtung 1. Hierbei durchströmt der zu reinigende Kraftstoff in Strömungsrichtung 7 den in der Filterkammer 5 angeordneten Filtereinsatz 6 von radial außen nach radial innen und verlässt die Filterkammer 5 gereinigt, aber noch Bestandteile von Wasser aufweisend über den Auslass 4' in Richtung des Abscheideraums 11. Im Abscheideraum 11 durchdringt der Kraftstoff die für Kraftstoff permeable Abscheideeinrichtung 12, während das noch im Kraftstoff mitgeführte Wasser von der Abscheideeinrichtung 12, beispielsweise einem hydrophoben Sieb, abgeschieden wird und an derselben nach unten in Richtung des Leitelementes 14 der Sperrvorrichtung 13 aufgrund dessen Schwerkraft abläuft.
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Beim Verlassen der Filtereinrichtung 1 durch den Auslass 4 weist der Kraftstoff somit zumindest einen deutlich reduzierten Wasseranteil auf, was sich positiv auf einen Verbrennungsvorgang sowie auf mögliche Korrosionsprozesse auswirkt. Das entlang des Leitelementes 14 der Sperrvorrichtung 13 fließende Wasser gelangt in die unter der Filterkammer 5 und unter dem Abscheideraum 11 gelegene Sedimentationskammer 9 und kann dort gesammelt werden. Die Ausbildung der Sperrvorrichtung 13, beispielsweise als Schikane oder als Schwapp-Schutz oder als Ventil verhindert bei normalerweise auftretenden Fahrsituationen, insbesondere auch bei einer Kurvenfahrt, dass das bereits separierte Wasser in der Sedimentationskammer 9 wieder zurück in den Abscheideraum 11 gelangen kann.
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Je nach Bedarf kann das in der Sedimentationskammer 9 sedimentierte Wasser über den Ablass 15 abgelassen werden, wodurch die Filtereinrichtung 1 regeneriert werden kann. Denkbar ist aber auch, dass die Sedimentationskammer 9 derart dimensioniert ist, dass sie während der gesamten Lebensdauer im Kraftstoff mitgeführtes Wasser aufnehmen kann, so dass die Filtereinrichtung 1 wartungsfrei ist und lediglich in bestimmten Intervallen als ganzes ausgetauscht werden muss. Auch kann das sich in der Sedimentationskammer 9 ansammelnde Wasser nach an sich bekannten Methoden automatisch abgezogen werden.
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Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung 1 liegt darin, dass sie im Vergleich zu herkömmlichen, stehenden Filtereinrichtungen nunmehr liegend eingebaut werden kann, wodurch sich neue, bisher nicht nutzbare Einbaupositionen ergeben.