| JP2004316536 | FUEL FEEDING DEVICE |
| WO/2010/083005 | FLUID FILTER WITH NUTPLATE HAVING AN END FACE SEAL AND OUTER ATTACHMENT DESIGN |
| WO/2007/092321 | FILTER ARRANGEMENT AND METHODS |
REPPHUN, Gernot (Brigachweg 4, Balingen, 72336, DE)
| Ansprüche 1. Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) für Diesel-Brennkraftmaschinen (12), mit einer mit einem Vorratsbehälter (1 1 ) für den Kraftstoff verbundenen Zu- führleitung (13), aus der Kraftstoff durch wenigstens eine Filtereinrichtung (18, 19) geleitet wird, die Wasser aus dem Kraftstoff ausscheidet und mit einer Versorgungsleitung (24), die den durch die wenigstens eine Filtereinrichtung (18, 19) geleiteten Kraftstoff der Diesel-Brennkraftmaschine (12) zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Filtereinrichtung (18, 19) wenigstens ein Membranelement (34) aufweist, dass der Kraftstoff an dem Membranelement (34) vorbeigeleitet wird und dass das Membranelement (34) für Kraftstoffbestandteile undurchlässig und für Wasserbestandteile durchlässig ist. 2. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Kraftstoff abgewandten Seite des Membranelements (34) ein Speichermedium (36) für das Wasser angeordnet ist. 3. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium als regenerierbares Speichermedium (36) ausgebildet ist. 4. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (36) ein Trocknungssalz oder ein Trocknungsgel ist, das bei einer Erwärmung bzw. bei einer Wirkverbindung mit Luft die zuvor gespeicherte Feuchtigkeit an die Luft abgibt. 5. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Filtereinrichtung (18, 19) ein Gehäuse (30) aufweist und, dass an einer Stirnseite (31 ) des Gehäuses (30) die Zuführleitung (13) mittel- oder unmittelbar und der anderen Stirnseite (32) des Gehäuses (30) die Versorgungsleitung (24) mittel- oder unmittelbar mündet. 6. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das wenigstens eine Membranelement (34) in Längsrichtung zwi- sehen den beiden Stirnseiten (31 , 32) des Gehäuses (30) erstreckt und als längliches rohrartiges Element ausgebildet ist, wobei das Element in seinem Innenraum (35) von dem Kraftstoff durchströmt wird. 7. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Membranelemente (34) in dem Gehäuse (30) angeordnet sind, die sich parallel zueinander erstrecken. 8. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einer der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Filtereinrichtungen (18, 19) vorgesehen sind, dass die Filtereinrichtungen (18, 19) strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet sind und, dass die Filtereinrichtungen (18, 19) mittels Umschaltelementen (14, 23) getrennt ansteuerbar sind. 9. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein- und Austritt der wenigstens einen Filtereinrichtung (18, 19) mit einer Regenerationsleitung (25, 26, 27) verbunden ist, durch die ein Regene- rationsmedium, insbesondere erwärmte Luft, geführt ist. 10. Kraftstoffeinspritzsystem (1 ) mit einer Kraftstoffversorgungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. |
Kraftstoffversorqunqseinrichtunq für Diesel-Brennkraftmaschinen und Kraftstoff- einspritzsvstem
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für Diesel- Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Kraftstoffversorgungseinrichtung ist aus der DE 35 03 728 C2 bekannt. Sie weist einen Kraftstofffilter auf, der von Dieselkraftstoff durchströmt wird, um diesen von Schmutzpartikeln zu befreien. Der Kraftstofffilter hat einen integrierten Wasserabscheider, in dem das Wasser aufgrund seines größeren spezifischen Gewichts im Verhältnis zum Dieselkraftstoff abgeschieden wird. Der
Wasserabscheider ist mit einem Ablasshahn versehen, der zum Ablassen des Wassers aus dem Wasserabscheider dient.
Heutige Diesel-Hochdruckeinspritzsysteme arbeiten mit sehr hohen Systemdrü- cken, beispielsweise Systemdrücken größer als 1500bar. Die in den Diesel-
Hochdruckeinspritzsystemen verwendeten Maschinenelemente, z.B. die Antriebsteile der Hochdruckpumpe oder die Ventilsitze sind infolge des zunehmenden Einspritzdruckes mehr und mehr tribologischen Beanspruchungen ausgesetzt. Gleichzeitig ist die Anforderung an die Maßhaltigkeit der Maschinenele- mente hoch und Verschleißtiefen von wenigen μm haben bereits eine negative
Auswirkung auf die Funktion der Maschinenelemente. Die Verschleißrate von Stahl-Stahl-Paarungen unter den vorherrschenden Bedingungen ist oft zu hoch, was zum Einsatz teuerer Verschleißschutzschichten führt. Es hat sich herausgestellt, dass bei bestimmten Materialpaarungen eine Reduktion des Wasserge- halts im Dieselkraftstoff auf unter 10ppm der Verschleiß stark gesenkt werden kann. Herkömmliche Wasserabscheider, wie beispielsweise der in der DE 35 03 728 C2 offenbarte Wasserabscheider, können nur das freie, nicht im Dieselkraftstoff gelöste Wasser abscheiden. Daher bleibt ein typischer Wassergehalt von 50ppm bis 100ppm zurück.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für Diesel- Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass auch das im Dieselkraftstoff gebundene Wasser herausgefiltert werden kann, um den Wassergehalt im Dieselkraftstoff auf das erforderliche Maß zu senken, damit die Verschleißrate an den Maschinenelementen herabgesetzt wird. Dadurch kann gegebenenfalls auf teuere Verschleißschutzschichten an den Maschinenelementen verzichtet werden bzw. es ist nur der Einsatz einfacherer
Verschleißschutzmaßnahmen erforderlich. In jedem Fall wird jedoch eine höhere Lebensdauer bzw. ein geringerer Verschleiß an den Maschinenelementen ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoffversorgungseinrichtung für Diesel-Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfin- düng liegt dabei die Idee zugrunde, eine Filtereinrichtung vorzusehen, die ein
Membranelement aufweist, dass der Kraftstoff an dem Membranelement vorbeigeführt wird und, dass das Membranelement für den Kraftstoff undurchlässig und für das Wasser durchlässig ist. Dadurch lässt sich das in dem Kraftstoff gebundene Wasser durch das Membranelement abscheiden und somit wird der Was- sergehalt im Dieselkraftstoff gesenkt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungseinrichtung für Diesel-Brennkraftmaschinen sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumin- dest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn auf der dem Kraftstoff abgewandten Seite des Membranelementes ein Speichermedium für das Wasser angeordnet ist. Dadurch lässt sich eine hohe Standzeit der Filtereinrichtung erzielen, so dass die Diesel-Brennkraftmaschine relativ lang betrieben werden kann, ohne dass es zum Abgeben des Wassers kommen muss.
Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn das Speichermedium als regenerier- bares Speichermedium ausgebildet ist. Dadurch werden manuelle Eingriffe wie beim Stand der Technik, bei der ein manuelles Ablassen des Wassers aus dem Filterelement erforderlich ist, überflüssig. Auch ist es nicht erforderlich, das Speichermedium über die Lebensdauer der Diesel-Brennkraftmaschine auszutauschen.
Als vorteilhafte regenerative Speichermedien haben sich dabei Trocknungssalze oder Trocknungsgele herausgestellt, die bei einer Erwärmung bzw. bei einer Wirkverbindung mit Luft die zuvor gespeicherte Feuchtigkeit an die Luft abgeben. Dadurch lassen sich mit relativ geringem Aufwand durch Einsatz von insbeson- dere erwärmter Luft sehr einfach Regenerationsmöglichkeiten ausbilden.
Um den Strömungswiderstand des Filterelements beim Durchströmen des Kraftstoffs herabzusetzen und gleichzeitig einen relativ einfachen Aufbau des Filterelements zu ermöglichen ist es darüber hinaus vorteilhaft, dass die wenigstens eine Filtereinrichtung ein Gehäuse aufweist und, dass an einer Stirnseite des Gehäuses die Zuführleitung mittel- oder unmittelbar und der anderen Stirnseite des Gehäuses die Versorgungsleitung mittel- oder unmittelbar mündet. Dadurch ist es nicht erforderlich, dass der Kraftstoff innerhalb des Gehäuses umgeleitet wird. Vielmehr durchströmt der Kraftstoff das Gehäuse bzw. das Filterelement in einer strömungstechnisch günstigen Art und Weise.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass sich das Membranelement in Längsrichtung zwischen den beiden Stirnseiten des Gehäuses erstreckt und als längliches Rohrelement ausgebildet ist, wobei das Rohrelement in seinem Inneren von dem Kraftstoff durchströmt wird. Durch diese Ausbildung wird eine Minimierung der
Strömungsverluste beim Durchströmen des Kraftstoffs bewirkt.
Um die wirksame Oberfläche, die zur Wasserabscheidung dient zu vergrößern, bzw. die Baugröße der Filtereinrichtung zu minimieren, ist es in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen, dass das Gehäuse mehrere Membranelemente enthält, die sich parallel zueinander erstrecken. - A -
Eine besonders hohe Wasserabscheidung lässt sich erzielen, wenn mehrere Filtereinrichtungen vorgesehen sind, wobei die Filtereinrichtungen strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet sind und wobei die Filtereinrichtungen mit- tels Umschaltelementen getrennt ansteuerbar sind. Dadurch wird vermieden, dass ein Filterelement zur Regeneration abgeschaltet werden muss und somit von Wasser nicht befreiter Kraftstoff in Kontakt mit den Dieseleinspritzkomponenten gerät. Es wird somit eine ununterbrochene Wasserabscheidung ermöglicht, wobei gleichzeitig relativ lange Regenerationsphasen für das nicht in Betrieb be- findliche Filterelement ermöglicht werden, die eine hohe Regeneration und somit über die Lebensdauer der Diesel-Brennkraftmaschine gesehen, eine stets hohe Wasserabscheidung ermöglicht.
Zur Regeneration des Filterelementes ist es vorgesehen, dass der Ein- und Aus- tritt der wenigstens einen Filtereinrichtung mit einer Regenerationsleitung verbunden ist, durch die ein Regenerationsmedium, insbesondere erwärmte Luft, geführt ist. Hierbei kann die erwärmte Luft beispielsweise dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs entnommen werden, über den das Wasser als Wasserdampf an die Umgebung abgeschieden werden kann.
Ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungseinrichtung hat den Vorteil, dass auf teuere Verschleißschutzschichten an deren Einspritzkomponenten gegebenenfalls verzichtet werden kann, bzw. eine höhere Betriebsdauer und aufgrund der geringeren Verschleißneigung bessere Abgaswerte erzielt werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungseinrichtung mit zwei Filterelementen, Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Filterelement der Fig. 1 in der Ebene Il - Il der Fig. 1 und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teilbereich des Filterelements der Fig.
2 im Bereich eines seiner Membranelemente.
In der Fig. 1 ist eine Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 dargestellt, die Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 ist und die zwischen einem Vorratsbehälter 1 1 für den Kraftstoff und einer Diesel-Brennkraftmaschine 12 angeordnet ist. Bei der in der Fig. 1 gewählten Darstellung wird auf eine separate Darstellung von Dieseleinspritzkomponenten, wie beispielsweise Kraftstoffförderpumpen, Dieseleinspritzpumpen oder ähnlichem verzichtet, da dies für die Darstellung der Erfindung nicht wesentlich ist. An den Vorratsbehälter 1 1 ist eine Zuführleitung 13 angeschlossen, an die sich ein als Weichenelement ausgebildetes Umschaltventil 14 anschließt. Je nach Stellung des Umschaltventils 14 wird die Zuführleitung 13 mit einer ersten Abzweigleitung 15 oder mit einer zweiten Abzweigleitung 16 verbunden. Sowohl die erste Abzweigleitung 15 als auch die zweite Abzweigleitung 16 mündet jeweils in einer Wasserabscheideinrichtung 18 bzw. 19, die beide identisch ausgebildet sind. Von der Wasserabscheideinrichtung 18 bzw. 19 führt jeweils eine Abflussleitung 20, 21 zu einem weiteren Umschaltventil 23, das über eine Versorgungsleitung 24 mit der Diesel-Brennkraftmaschine 12 verbunden ist. Weiterhin ist vor den beiden Wasserabscheideinrichtungen 18, 19 in der jeweiligen Abzweigleitung 15, 16 eine Zuführleitung 25, 26, sowie in der jeweiligen Abflussleitung 21 , 22 eine Abströmleitung 27 geschaltet. In den Zuführleitungen 25, 26 bzw. den Abführleitungen 27 kann jeweils ein Rückschlagventil 28 angeordnet sein. Die Zuführleitungen 25, 26 bzw. die Abführleitungen 27 sind beispielhaft mit einem Abgasstrang der Diesel-Brennkraftmaschine 12 verbunden, so dass heiße
Abgase über die Zuführleitungen 25, 26 durch die Wasserabscheideinrichtungen 18, 19 geleitet werden können, die über die Abführleitungen 27 in den Abgasstrang zurückgeführt werden. Wie aus einer Zusammenschau der Fig. 2 und 3 hervorgeht, weist die Wasserabscheideinrichtung 18, 19 jeweils ein Gehäuse 30 auf. In der einen Stirnseite 31 des im Wesentlichen rohrförmigen Gehäuses 30 mündet die erste Abzweigleitung 15 bzw. die zweite Abzweigleitung 16 und in der anderen Stirnseite 32 die Abflussleitungen 21 , 22. Zwischen den Stirnseiten 31 und 32 des Gehäuses 30 erstrecken sich länglich ausgebildete, der Wasserabscheidung dienende, bei- spielsweise röhrenartige Membranelemente 34, die jeweils parallel zueinander angeordnet sind. Die gemäß der Fig. 2 im Querschnitt kreisförmig ausgebildeten Membranelemente 34 werden in ihrem Innenraum 35 von dem Kraftstoff in Richtung der Pfeile 33 durchflössen. Die Membranelemente 34 sind im Gehäuse 30 von einem Trocknungsmedium 36 umgeben, das beispielhaft als Trocknungssalz oder Trocknungsgel ausgebildet ist.
Erfindungswesentlich ist, dass das Membranelement 34 derart ausgebildet ist, dass Kraftstoffmoleküle, die den Innenraum 35 des Membranelements 34 durchströmen das Membranelement 34 nicht durchdringen bzw. passieren können, während sowohl im Kraftstoff gebundenes Wasser bzw. Wassermoleküle als auch freies Wasser durch das Membranelement 34 hindurch tritt bzw. hindurch diffundieren kann. Hierbei wird das Wasser durch das Trocknungsmedium 36 aufgenommen und gespeichert. Die soweit beschriebene Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 arbeitet wie folgt: In der in der Fig. 1 dargestellten Betriebsstellung wird Kraftstoff aus dem Vorratsbehälter 1 1 über die Zuführleitung 13, die erste Abzweigleitung 15, die Wasserabscheideinrichtung 18 und die Abflussleitung 21 in die Versorgungsleitung 24 der Diesel-Brennkraftmaschine 12 geleitet. Demgegenüber wird durch die darge- stellte Stellung der Umschaltventile 14 bzw. 23 durch die zweite Wasserabscheideinrichtung 19 kein Kraftstoff geführt. In der in der Fig. 1 dargestellten Betriebsstellung wird mittels der ersten Wasserabscheideinrichtung 18 der Wassergehalt im Kraftstoff reduziert, wobei das Trocknungsmedium 36 das durch die Membranelemente 34 hindurch tretende Wasser bzw. dessen Wasserbestandtei- Ie aufnimmt und speichert.
Beispielsweise nach einer gewissen Betriebszeit, oder aber zusätzlich oder alternativ abhängig von anderen Betriebsparametern werden die beiden Umschaltventile 14 bzw. 23 in ihre andere Stellung gebracht, so dass nunmehr Kraftstoff über die zweite Filtereinrichtung 19 geleitet wird. In dieser Betriebsstellung wird über die Zuführleitung 26 sowie die Abführleitung 27 heiße Luft aus dem Abgas- strang über die erste Wasserabscheideinrichtung 18 geleitet, so dass die durch die Wasserabscheideinrichtung 18 strömende heiße Luft das in dem Trocknungsmedium 36 enthaltene Wasser durch Diffusion des Wassers durch das Membranelement 34 aufnimmt und über den Abgasstrang wieder an die Umge- bung abgibt. Die Wasserabscheideinrichtung 18 befindet sich somit in ihrer Re- gerationsphase.
Ergänzend wird erwähnt, dass die soweit beschriebenen Kraftstoffversorgungseinrichtung 10 in vielfältiger Art und Weise abgewandelt werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, eine andere Anzahl von Membranelementen 34 zu verwenden oder beispielsweise die Membranelemente 34 mäanderförmig in der Wasserabscheideinrichtung 18, 19 anzuordnen, um den Strömungsweg zu verlängern. Grundsätzlich ist es hierbei vorteilhaft, die Diffusionsoberfläche der Membranelemente 34 so groß als möglich auszubilden. Auch ist es denkbar, an- stelle von heißer Luft, welche durch den Innenraum 35 der Membranelemente 34 geleitet wird, das Trocknungsmedium 36 zu heizen, so dass das erwärmte Trocknungsmedium 36 die Wasserbestandteile durch die Membran 34 in den Innenraum 35 abgibt. In einer weiteren Alternative ist es denkbar, in dem Gehäuse 30 zusätzliche Membranelemente 34 vorzusehen, die nicht in Wirkverbindung mit den Kraftstoffleitungen stehen, bzw. nicht von Kraftstoff durchströmt werden.
Diese zusätzlichen Membranelemente 34 werden kontinuierlich oder aber zeitweise von insbesondere erwärmter Luft durchströmt und nehmen hierbei das in dem Trocknungsmedium 36 gebundene Wasser auf. Bei einer derartigen Ausbildung ist es ggf. möglich, mit nur einer einzigen Wasserabscheideinrichtung 18 bzw. 19 auszukommen.